CN103600389B - 一种小分子酚醛单体在实木中强化木材的方法 - Google Patents
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Abstract
一种小分子酚醛单体在实木中强化木材的方法，是一种利用小分子酚醛单体在实木中原位聚合生成酚醛树脂来强化木材的方法，首先，通过真空高压技术将混合均匀的苯酚单体、甲醛单体和催化剂浸入木材内部；然后，经过陈化匀质后利用加热或微波引发聚合反应，使苯酚单体、甲醛单体在木材孔道内原位发生聚合反应生成酚醛树脂。酚醛树脂填充木材孔道对木材起到密实强化作用，从而可以提高木材的抗压强度、耐磨强度、耐水性、尺寸稳定性和加工性，增加木材的质感，减少木材的开裂和变形。
Description
技术领域
本发明是一种小分子酚醛单体在实木中原位聚合制备酚醛树脂强化木材的方法，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
木质材料是四大建筑装修材料之一，木质材料具有天然的纹理和美感，自古以来人们就十分珍爱木材所具有的色、香、质、纹等特性，并将其广泛应用于建筑、家具等工作和生活环境中。它无毒、无害，是唯一可再生和可永续利用的“绿色材料”。随着人们生活水平的提高，高档珍贵木材的需求量日益增长。但是，许多木材由于材质松软、硬度小、强度低、开裂变形等缺陷使用价值不高。因此，对木材进行功能性改良很有必要。
酚醛树脂可分为热固性和热塑性两类。酚醛树脂具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能，广泛应用于防腐蚀工程、胶粘剂、阻燃材料、砂轮片制造等行业。由于所采用酚醛的种类、催化剂类别、酚醛的摩尔比的不同可生产出多种多样的酚醛树脂，它包括：线型酚醛树脂、热固性酚醛树脂和油溶性酚醛树脂、水溶性酚醛树脂。线型酚醛树脂主要用于生产压塑粉、层压塑料；热固性酚醛树脂主要用于制造清漆或绝缘、耐腐蚀涂料；油溶性酚醛树脂主要用于制造日用品、装饰品；水溶性酚醛树脂主要用于制造隔音、隔热材料、人造板、铸造、耐火材料等。
木材工业中，常用酚醛树脂作胶黏剂制备木塑复合材料、竹质胶合板。同时，还有多项专利报道用酚醛树脂改性木材或者制备酚醛树脂基复合材料的方法。
合成树脂浸渍木材改性的工艺方法(CN201010214843.3)采用酚醛树脂液和碳酰胺在高压釜中浸渍木材，然后在烘箱干燥后得到酚醛树脂改性木材。
木材酚醛树脂层积材料及其制造方法(CN93105062.6)采用酚醛树脂液浸胶顺纹单板和横纹单板，并在浸胶单板之间设置金属网，获得木材酚醛树脂层积材料。
酚醛树脂基复合材料轨枕的制备方法(CN201210257304.7)，是将雾化喷施酚醛树脂胶的粒度为1～3mm的木屑、浸泡酚醛树脂胶的毛竹片与浸泡酚醛树脂胶的玻璃纤维方格布表面材料在模具中三段式热压，制得酚醛树脂基复合材料轨枕。
一种高品质杨木复合材料的制造方法（CN201110169691.4），是用高强度微波对杨木锯材进行拆解处理,然后再用酚醛树脂对其进行浸注处理,最后在热压机中对其进行热压、炭化与定型处理,生产高品质新型杨木复合材料。
一种短切碳纤维增强酚醛树脂基复合材料的制备方法(CN201010520238.9),是将分散处理后的短切碳纤维为增强材料,将其溶解于无水乙醇中,同时加入酚醛树脂均匀混合,经模压制得短切碳纤维增强酚醛树脂基复合材料。
然而，仿木材料虽然在一定程度上可以替代木材来使用，但在一些方面依然不如与真正的木材，比如木材的天然纹理，比如一些特殊木材拥有的珍贵特性，所以对木材进行改性加工依然是不可缺少的技术工艺。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种小分子酚醛单体在实木中强化木材的方法，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：
一种小分子酚醛单体在实木中强化木材的方法，是一种利用小分子酚醛单体在实木中原位聚合生成酚醛树脂来强化木材的方法，具体步骤为：
（1）实木的锯解和干燥：将原木锯解成需要的规格，然后按照木材干燥基准进行干燥，含水率控制在10%以下；
（2）改性液的配制：改性液包括酸催化改性液或碱催化改性液；根据配方准确称量改性液的每个组份，并且充分搅拌，混合均匀；
（3）高压真空浸注：将锯解干燥过的木材装入真空高压浸注罐中，开启真空泵抽真空，罐内压力为0.01~0.02MPa维持10~120min；开启进液阀门将按照配方配置的酸催化改性液或碱催化改性液抽入浸注罐内，使酸催化改性液或碱催化改性液液面完全覆盖木材，加0.8~1.8MPa压力浸渍2.0~8.0h，开启排液阀门将酸催化改性液或碱催化改性液压送回储液槽，调整配比后留作下次使用，将浸注处理后的木材取出装入密闭的固化反应室；
（4）原位聚合固化反应：将经酸催化改性液或碱催化改性液浸注处理后的木材装入密闭的固化反应室，在40~60℃温度下保温0.5~1.0h匀质，然后在60~140℃温度下聚合固化反应2.0~48h在木材空隙内原位聚合形成酚醛树脂。
在本发明中，酚醛单体的聚合反应通过酸催化或碱催化反应，与之相对应的改性液也分别为酸催化改性液和碱催化改性液，所述酸催化改性液的配方按照质量为：苯酚类物质100份、甲醛类物质30~60份、浓酸10~40份、表面活性剂0~40份、阻燃剂0~120份、着色剂0~200份；碱催化改性液的配方按照质量为：苯酚类物质100份、甲醛类物质100~140份、碱10~40份、表面活性剂0~40份、阻燃剂0~80份、着色剂0~40份。
在本发明中，所述苯酚类物质选用苯酚、间苯二酚、间甲酚、二甲酚、对叔丁基酚、对苯基酚中的一种或几种的混合物。
在本发明中，所述甲醛类物质选用甲醛和/或糠醛的混合物溶液，溶液浓度为36%~38%。
在本发明中，所述浓酸为浓盐酸、浓磷酸或浓草酸。
在本发明中，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钡、氨水或氧化锌。
有益效果：
本发明与现有技术相比，具有很多优点，具体如下：
①采用小分子的苯酚单体、甲醛单体可以快速浸注实体木材，不同于已有技术采用酚醛树脂作为改性浸注液，粘度大，浸注阻力大；
②采用小分子的苯酚单体、甲醛单体浸注实体木材的浸注深度较大，浸注量较高；
③实木中原位聚合形成的酚醛树脂与木材的结合强度大；
④实木中原位聚合形成的酚醛树脂填充木材孔道对木材起到密实强化作用，从而可以提高木材的抗压强度、耐磨强度、耐水性、尺寸稳定性和加工性，增加木材的质感，减少木材的开裂和变形；
⑤在改性剂中适量添加染料或颜料，可以突显或调控木材的纹理，赋予木材高贵典雅的色彩和纹理；
⑥在改性剂中适量添加阻燃剂，可以同步实现实木的增强和阻燃。
在实木中原位自组装制备的聚氨酯强化木材以其优良的性能，可用于家具、建筑、乐器、雕刻工艺品、运动器材、武器和工业器材等领域，尤其是作为高档木方、高档家具面板材料和高档地板材料具有较高的附加值和市场前景。
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，本发明进行详细描述。
实施例1：
(1)苯酚100份、36~38%甲醛40份、浓盐酸15份、表面活性剂10份、聚磷酸铵40份、苏木精色素10份，根据配方准确称量改性液的每个组份，并且充分搅拌，混合均匀。
(2)将杨木原木根据实木地板规格锯解为910mm×123mm×18mm的板坯，在干燥窑中根据杨木干燥基准进行干燥至含水率低于5%；
(3)将杨木地板板坯装入真空高压浸注罐中；开启真空泵抽真空，罐内压力为0.01MPa维持30min；开启进液阀门将改性剂抽入浸注罐内，使液面完全覆盖杨木地板板坯，在1.8MPa压力条件下浸渍2.0h；
(4)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；
(5)杨木地板板坯从真空高压浸注罐中取出，装入密闭反应室中，在50℃温度条件下保温2.0h，然后加热至70℃反应10h，让改性剂在木材孔道中充分聚合固化；
(6)用本发明方法制备的酚醛树脂强化杨木地板板坯密度达到0.62g/cm3，色泽清晰亮丽，阻湿率MEE为84%，体积膨胀率减小86%，抗压强度增加95%，磨耗量下降68%。
实施例2：
(1)苯酚100份、36~38%甲醛120份、氢氧化钠18份、表面活性剂8份、水玻璃80份、氧化铁红颜料20份、水80份，根据配方准确称量改性液的每个组份，并且充分搅拌，混合均匀；
(2)将杨木原木根据实木地板规格锯解为910mm×123mm×18mm的板坯，在干燥窑中根据杨木干燥基准进行干燥至含水率低于5%；
(3)将杨木地板板坯装入真空高压浸注罐中；开启真空泵抽真空，罐内压力为0.01MPa维持60min；开启进液阀门将改性剂抽入浸注罐内，使液面完全覆盖杨木地板板坯，在1.8MPa压力条件下浸渍4.0h；
(4)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；
(5)杨木地板板坯从真空高压浸注罐中取出，装入密闭反应室中，在60℃温度条件下保温2.0h，然后加热至80℃反应24h，让改性剂在木材孔道中充分聚合固化；
(6)用本发明方法制备的酚醛树脂强化杨木地板板坯密度达到0.68g/cm3，色泽清晰亮丽，阻湿率MEE为76%，体积膨胀率减小89%，抗压强度增加135%，磨耗量下降62%。
实施例3：
(1)苯酚100份、36~38%甲醛120份、浓氨水40份、表面活性剂8份、水玻璃80份、氧化铁红颜料20份、水30份，根据配方准确称量改性液的每个组份，并且充分搅拌，混合均匀；
(2)将杨木原木锯解为2400mm×400mm×50mm的杨木锯材，在干燥窑中根据杨木干燥基准进行干燥至含水率低于5%；
(3)将杨木锯材装入真空高压浸注罐中；开启真空泵抽真空，罐内压力为0.01MPa维持60min；开启进液阀门将改性剂抽入浸注罐内，使液面完全覆盖杨木锯材，在1.8MPa压力条件下浸渍6.0h；
(4)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；
(5)杨木锯材从真空高压浸注罐中取出，装入密闭反应室中，在60℃温度条件下保温2.0h，然后加热至80℃反应24h，让改性剂在木材孔道中充分聚合固化；
(6)用本发明方法制备的酚醛树脂强化杨木锯材密度达到0.67g/cm3，色泽清晰亮丽，阻湿率MEE为74%，体积膨胀率减小87%，抗压强度增加132%，磨耗量下降61%。
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 (5)
1.一种小分子酚醛单体在实木中强化木材的方法，其特征在于，具体步骤为：
(1)实木的锯解和干燥：将原木锯解成需要的规格，然后按照木材干燥基准进行干燥，含水率控制在10％以下；
(2)改性液的配制：改性液包括酸催化改性液或碱催化改性液；根据配方准确称量改性液的每个组份，并且充分搅拌，混合均匀；所述酸催化改性液的配方按照质量为：苯酚类物质100份、甲醛类物质30～60份、浓酸10～40份、表面活性剂0～40份、阻燃剂0～120份、着色剂0～200份；碱催化改性液的配方按照质量为：苯酚100份、浓度为36％～38％甲醛100～140份、碱10～40份、表面活性剂0～40份、阻燃剂0～80份、着色剂0～40份；
(3)高压真空浸注：将锯解干燥过的木材装入真空高压浸注罐中，开启真空泵抽真空，罐内压力为0.01～0.02MPa维持10～120min；开启进液阀门将按照配方配制的酸催化改性液或碱催化改性液抽入真空高压浸注罐内，使酸催化改性液或碱催化改性液液面完全覆盖木材，加0.8～1.8MPa压力浸渍2.0～8.0h，开启排液阀门将酸催化改性液或碱催化改性液压送回储液槽，调整配比后留作下次使用，将浸注处理后的木材取出装入密闭的固化反应室；
(4)原位聚合固化反应：将经酸催化改性液或碱催化改性液浸注处理后的木材装入密闭的固化反应室，在40～60℃温度下保温0.5～1.0h匀质，然后在60～140℃温度下聚合固化反应2.0～48h在木材空隙内原位聚合形成酚醛树脂。
2.根据权利要求1所述的一种小分子酚醛单体在实木中强化木材的方法，其特征在于，所述苯酚类物质选用苯酚、间苯二酚、间甲酚、二甲酚、对叔丁基酚、对苯基酚中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种小分子酚醛单体在实木中强化木材的方法，其特征在于，所述甲醛类物质选用甲醛和/或糠醛的混合物溶液，溶液浓度为36％～38％。
4.根据权利要求1所述的一种小分子酚醛单体在实木中强化木材的方法，其特征在于，所述浓酸为浓盐酸、浓磷酸或浓草酸。
5.根据权利要求1所述的一种小分子酚醛单体在实木中强化木材的方法，其特征在于，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钡、氨水或氧化锌。
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