CN103568088A - 甲基丙烯酸甲酯在木材中本体聚合制备玻璃化木材的方法 - Google Patents
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Abstract
甲基丙烯酸甲酯在木材中本体聚合制备玻璃化木材的方法，是一种将小分子的甲基丙烯酸甲酯浸入木材孔道中本体聚合制备玻璃化木材的方法。本发明将液体的甲基丙烯酸甲酯及引发剂、改性剂浸渍到木材内部，在木材空隙内表面发生本体聚合反应原位生成不溶于水的透明固体聚甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯共聚体，聚甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯共聚体填充在木材孔道里实现木材的玻璃化，提高了木材的密实性、耐水性、抗压强度和耐磨性，并使木材具有良好的尺寸稳定性和加工性。本发明的甲基丙烯酸甲酯在木材中本体聚合制备玻璃化木材的方法具有工艺简便、无需溶剂、环境友好等优良特点。
Description
技术领域
本发明属于木材强化功能性改良和高值化利用技术领域，特别涉及到原木、锯材、板方等实体木材填充强化和高附加值利用。
背景技术
木材是四大传统材料之一，它常被用作建筑、家具和室内装修材料。然而我国可供利用的优质木材资源十分有限，虽然速生木材的应用从一定程度上缓解了木材供需的矛盾，但这些速生材存在着材质松软、硬度小、强度低、易腐朽变形的缺陷，严重制约了速生木材的应用范围。因此，对速生材进行功能性改良非常必要。
一种木塑复合材料的制备方法及制得的木塑复合材料(CN200810022633.7)报道了将高分子乳液与植物纤维均匀混合，经干燥脱水后成型而制得一种木塑复合材料。复合木塑复合材料具有良好的木质感，耐湿、着色性良好，隔热绝缘防腐，机械性能优异，质轻、抗酸碱、不腐烂、抗虫蛀，且能百分之百回收再生利用，各项性能指标可与硬木产品相媲美。
木材塑料接枝复合体的生产方法(CN89102815.3)，是木材在负压作用下，苯乙烯溶液填满木材内部组织空隙，在少量的过氧化物引发下加热聚合成为木材塑料接枝复合体。这种复合体具有强硬度、耐热性、防潮湿、韧性好、防虫蛀、防腐性、耐变形、耐弯曲等性能。
聚甲基丙烯酸甲酯俗称有机玻璃，是无毒环保的材料，具有良好的化学稳定性和耐候性，同时具有质轻、价廉、易成型等优点，聚甲基丙烯酸甲酯透明度优良，有突出的耐老化性；它的比重不到普通玻璃的一半，抗碎裂能力却高出几倍；它有良好的绝缘性和机械强度；对酸、碱、盐有较强的耐腐蚀性能；易加工成型，可进行粘接、锯、刨、钻、刻、磨、丝网印刷、喷砂等手工和机械加工，加热后可弯曲压模成各种亚克力制品。广泛应用于汽车工业、医药行业、电子产品的按键、日用消费品等领域。但是，表面硬度不高、易擦毛、抗冲击性能低、成型流动性能差等是聚甲基丙烯酸甲酯的缺点。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种甲基丙烯酸甲酯在木材中本体聚合制备玻璃化木材的方法，以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
甲基丙烯酸甲酯在木材中本体聚合制备玻璃化木材的方法，具体步骤包括：
（1）将甲基丙烯酸甲酯与引发剂、改性剂混合，在混合溶液中充分浸渍木质材料；
（2）将浸渍后的木质材料密闭陈放至少24小时；
（3）在密闭条件下通过恒温加热使步骤（1）中浸渍到木质材料中的浸渍物在木质材料中原位反应生成甲基丙烯酸甲酯的共聚体或聚甲基丙烯酸甲酯，反应完全后，保持密闭条件进行陈化；
（4）取出反应后的木质材料，洗涤，干燥，刨切砂光。
在本发明中，所选用的木质材料为原木、板材、方材、单板、薄板、木屑、木粉、纤维板、造纸原料中的一种。
在本发明中，所述甲基丙烯酸甲酯的共聚体为甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯、丁二烯、醋酸乙烯酯、烯丙基缩水甘油醚、乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯中任意一种改性剂单体共聚而成的共聚体。
在本发明中，所述引发剂为有机过氧化物引发剂、无机过氧化物引发剂、偶氮类引发剂及氧化还原引发剂中的一种。
在本发明中，所述甲基丙烯酸甲酯与改性剂的质量比例为100:(10~30)，与引发剂的质量比例为100:(0.5~2.0)。
在本发明中，所述浸渍工艺采用真空-加压浸渍。
在本发明中，所述恒温加热步骤包括以下步骤：先恒温85~90℃，保温时间8~10小时，再升温至100~110℃，保温时间8~10小时。
在本发明中，所述步骤（4）中的洗涤为采用稀酸、稀碱和纯水依次洗涤，保证木质材料的洁净，所述干燥为常温下的真空干燥。
有益效果：
本发明采用本体聚合原理，单体、引发剂、改性剂都是小分子的液体，因而比较容易浸入木材孔隙中；本发明是本体聚合反应，不需要额外添加溶剂，浸入木材中的处理液通过聚合反应后都能够固化留存于木材之中，不对环境造成危害；本发明为固体玻璃状的聚甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯共聚体填充于木材中形成玻璃化的木质材料，兼具了木材和聚合物的共同特性，因而与未处理木材相比，其具有良好的尺寸稳定性、硬度、强度和耐磨性，且可涂饰，刨、切、钉等加工与实体木材无区别，不受使用条件和加工方式等的限制，它还保留了木材美观的天然纹理等优点，它还在耐水性、防腐防霉性上较未处理木材强。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1：
(1)将200份甲基丙烯酸甲酯与50份醋酸乙烯酯、1份引发剂BPO（过氧化二苯甲酰）搅拌混合均匀，获得处理液；
(2)将规格为1000mm×100mm×100mm的杨木锯材装入真空高压浸注罐中；开启真空泵抽真空，维持罐内压力为0.015MPa时间60min；开启进液阀门将改性处理液抽入浸注罐内，使液面完全覆盖杨木锯材，加0.8MPa压力浸渍3 h；
(3)开启排液阀门，将处理液压送回储液槽，调整配比后留作下次使用；
(4)将浸渍后的杨木方材密闭陈放24h；
(5)杨木锯材装入密闭反应槽中，加热至90℃反应8 h，让其在木材孔道中充分聚合；
(6)反应结束后，将杨木锯材密闭陈放24小时以上；
(7)将杨木锯材放入干燥窑中，根据干燥基准进行抽真空常温干燥。
用本发明方法处理后的杨木锯材密度达到0.65g/cm3，色泽清晰亮丽，抗胀缩率ASE指标可达63%，阻湿率MEE为65%，抗压强度提高0.95倍，磨耗量下降63%。
实施例2：
(1)将200份甲基丙烯酸甲酯与50份苯乙烯、1份引发剂BPO搅拌混合均匀，获得处理液；
(2)将规格为2000mm×200mm×20mm的杨木板方装入真空高压浸注罐中；开启真空泵抽真空，维持罐内压力为0.012MPa时间30min；开启进液阀门将改性处理液抽入浸注罐内，使液面完全覆盖杨木板方，加0.8MPa压力浸渍1 h；
(3)开启排液阀门，将处理液压送回储液槽，调整配比后留作下次使用；
(4)将浸渍后的杨木板方密闭陈放24h；
(5)杨木板方在密闭室内加热至90℃反应10 h，让其在木材孔道中充分聚合；
(6)反应结束后，将杨木板方密闭陈放24小时以上；
(7)将杨木板方放入干燥窑中，根据干燥基准进行抽真空常温干燥。
用本发明方法处理后的杨木板方密度达到0.69g/cm3，色泽清晰亮丽，抗胀缩率ASE指标可达68%，阻湿率MEE为64%，抗压强度提高0.76倍，磨耗量下降60%。
实施例3：
(1)将200份甲基丙烯酸甲酯与1份引发剂BPO搅拌混合均匀，获得处理液；
(2)将规格为2500mm×400mm×3mm杨木薄板装入真空高压浸注罐中；开启真空泵抽真空，维持罐内压力为0.016MPa时间30min；开启进液阀门将改性处理液抽入浸注罐内，使液面完全覆盖杨木薄板，加0.1MPa压力浸渍10min，后在0.8Mpa下浸渍20min；
(5)开启排液阀门，将处理液压送回储液槽，调整配比后留作下次使用；
(6)开启排气阀门，卸除压力后，将杨木薄板装入密闭反应槽中，加热至90℃反应8 h后，在100℃静置8 h；
(7)反应结束后，将杨木板薄板密闭陈放24小时以上；
(8)将杨木薄板放入干燥窑中，根据干燥基准抽真空常压干燥。
将本发明方法处理后的杨木薄板施胶热压成板，与未处理胶合板相比，抗压强度提高124%左右，ASE为60%，MEE约为49%。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.甲基丙烯酸甲酯在木材中本体聚合制备玻璃化木材的方法，其特征在于，具体步骤包括：
（1）将甲基丙烯酸甲酯与引发剂、改性剂混合，在混合溶液中充分浸渍木质材料；
（2）将浸渍后的木质材料密闭陈放至少24小时；
（3）在密闭条件下通过恒温加热使步骤（1）中浸渍到木质材料中的浸渍物在木质材料中原位反应生成甲基丙烯酸甲酯的共聚体或聚甲基丙烯酸甲酯，反应完全后，保持密闭条件进行陈化；
（4）取出反应后的木质材料，洗涤，干燥，刨切砂光。
2.根据权利要求1所述的甲基丙烯酸甲酯在木材中本体聚合制备玻璃化木材的方法，其特征在于，所选用的木质材料为原木、板材、方材、单板、薄板、木屑、木粉、纤维板、造纸原料中的一种。
3.根据权利要求1所述的甲基丙烯酸甲酯在木材中本体聚合制备玻璃化木材的方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸甲酯的共聚体为甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯、丁二烯、醋酸乙烯酯、烯丙基缩水甘油醚、乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯中任意一种改性剂单体共聚而成的共聚体。
4.根据权利要求1所述的甲基丙烯酸甲酯在木材中本体聚合制备玻璃化木材的方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸甲酯与改性剂的质量比例为100:(10~30)，与引发剂的质量比例为100:(0.5~2.0)。
5.根据权利要求1所述的甲基丙烯酸甲酯在木材中本体聚合制备玻璃化木材的方法，其特征在于，所述浸渍工艺采用真空-加压浸渍。
6.根据权利要求1所述的甲基丙烯酸甲酯在木材中本体聚合制备玻璃化木材的方法，其特征在于，所述恒温加热过程包括以下步骤：先恒温85~90℃，保温时间8~10小时，再升温至100~110℃，保温时间8~10小时。
7.根据权利要求1所述的甲基丙烯酸甲酯在木材中本体聚合制备玻璃化木材的方法，其特征在于，所述步骤（4）中的洗涤是指采用稀酸、稀碱和纯水依次洗涤，所述干燥为常温下的真空干燥。
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