CN104118022B

CN104118022B - 一种木材改性剂及其制备方法

Info

Publication number: CN104118022B
Application number: CN201410351212.4A
Authority: CN
Inventors: 唐荣燕
Original assignee: Nanjing Bojun New Material Co Ltd
Current assignee: NANJING ABNEN SEALING TECHNOLOGY STOCK CO., LTD.
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2034-07-22
Also published as: CN104118022A

Abstract

本发明公开了一种木材改性剂，其组分按重量份数表示包括：低分子量酚醛树脂60～200份，阻燃剂10～120份，水50～800份；所述低分子量酚醛树脂包括以下重量组分：苯酚80～400份，37％(g/g)甲醛80～500份，尿素0～90份，40(g/g)氢氧化钠5～30份；所述阻燃剂包括以下重量组分：甲醛430～520份，乙二醇440～480份，硼砂450～560份，水1400～2100份，三乙醇胺330～450份，K₁₂15～30份，氨水900～1800份，双氰胺1175～2300份，磷酸1645～1936份硼酸1200～1545份。

Description

一种木材改性剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种木材化学处理方法，尤其涉及木材以酚醛树脂溶液浸渍的处理方法，属于木材化学改性领域。

背景技术

随着社会的发展，木材的耗用量逐年增加，而可供资源逐年减少，在木材资源中有些品种质量较差，密度小，强度低，发脆，并且极易腐烂，难于用做工业用途木材，对于这种木材通常采用树脂浸渍的方法增加密度，提高强度和抗腐性。

有效地使用木材，延长木材的使用寿命，低档木材高档化应用，对我国建设资源节约型社会和环境保护具有重要的战略意义。随着人们对木材质量的要求越来越高越来越全面，多功能性的木材改性技术也是木材改性发展的主要方向，不仅仅是材性的提高，同时还应该使木材具备防腐性能和阻燃性能，环境保护也是目前开发任何一种商品所必须关注的问题，因此，改性木在生产和使用的过程中对人体和环境的影响将会是制约其发展的主要因素。

目前，木材改性的改性液种类很多、改性的方法也很多。改性液类型包括不饱和烯烃类单体，预聚体、脲醛树脂、酚醛树脂、糖醇树脂、间苯二酚树脂、乙酰剂等；但这些改性液大多存在改性单一、污染环境、工序复杂、造成改性后药剂流失等缺点，因此，研发一种既能改善木材性能，又能有效地使用木材，延长木材的使用寿命，将低档木材变高档化应用的木材改性液，将具有重要的现实意义。

木材改性中，树脂进入量的多少，不仅影响改性后木材的物理特性，又影响生产成本，所以必须根据不同用途不同，适当控制树脂的进入量。通常是浸渍液的含树脂量来调节，但由于树脂的溶解度及溶液粘度的限制，往往得不到满意的结果。以往木材改性固化温度采用100～120℃，致使木材发脆，刨花细碎，降低使用价值。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种木材改性剂，使用该木材改性剂对木材改性后，能使木材力学性能得到显著提高，解决木材易开裂，变形等天然的缺陷，改性后不影响木材本身加工性、粘结性，并且改性后木材环境友好，还能赋予木材阻燃、防腐、防蛀等功能。

本发明的技术解决方案是：一种木材改性剂，其组分按重量份数表示包括：

低分子量酚醛树脂 60～200份；

阻燃剂 10～120份；

水 50～800份。

所述各组分更优选的重量份数为：

低分子量酚醛树脂 70～150份；

阻燃剂 40～80份；

水 70～300份。

其中，所述低分子量酚醛树脂其组分按重量份数表示包括：

所述低分子量酚醛树脂其组分更优选的重量份数为：

所述阻燃剂其组分按重量份数表示包括：

所述低分子量酚醛树脂制备方法为：

步骤一：将占总重量5/6～4/5的甲醛溶液与苯酚混合进行反应，得到产物1；

步骤二：占总重量3/10～8/19的氢氧化钠溶液加入到产物1中加热反应液进行反应，得到产物2；

步骤三：将剩余的氢氧化钠溶液加入到产物2中，接着加入剩余的甲醛溶液，继续进行反应，得到产物3；

步骤四：再加入尿素进行反应，让产物逐渐降温，出料即得。

为了达到更好的效果，步骤一中，将占总重量5/6～4/5的甲醛溶液与苯酚混合后升温使反应液温度到50℃进行反应，得到产物1；

优选的，步骤二中所述的加热为将反应液温度加热至55～60℃；其中，将反应温度控制在85～90℃；反应时间优选为40～70分钟；使之能够均匀反应，避免聚合度较大，而造成反应产物分子量过大。

优选的，步骤三中，当产物2的温度降到70℃以下，将剩余的氢氧化钠溶液加入到产物2中；其中，步骤3)中所述的反应温度优选为80～85℃，反应时间优选为180～210分；

优选的，步骤四中，当产物2的温度降到60℃以下，向产物3中加入尿素进行反应，其中所述的反应时间为20～30分，再逐渐使反应产物降温到40℃即得。

所述阻燃剂制备方法为：

步骤一：加水、100～200份的氨水、甲醛、双氰胺；

步骤二：缓慢加入磷酸，30～50分钟加完；

步骤三：保温2小时，温度为90～95℃；

步骤四：pH值达到3.8～4.0时加乙二醇；

步骤五：保温1小时；

步骤六：pH值达到3.8～4.0时加三乙醇胺和硼酸，降温，温度为80～82℃；

步骤七：保温20～40分钟，加硼砂和K_12，保温20～50分钟；

步骤八：冷却至60℃以下；

步骤九：加800～1600份的氨水调pH值至6.0左右；

步骤十：冷却至45℃以下出料。

本发明的有益效果是：本发明的木材改性剂使酚醛树脂在木材内部形成交联，从而在木材内部聚合形成填充和粘结，部分与木材细胞壁成分的羟基反应形成化学交联，由于形成的高分子聚合物的填充和交联作用，使所有的阻燃剂能够很好的保留在木材内部，从而实现了木材的尺寸稳定性和力学性能均有显著的提高，同时赋予木材阻燃性能；本发明的木材改性剂不会在浸渍和固化后在木材表面形成残留，保证了木材表面的洁净，经过处理的木材颜色会变深，有接近于高档材材色的趋势，使人们容易接受，光泽基本上不发生改变，整个处理过程中，改性液可循环利用，工艺简单，不需复杂的设备；本发明木材改性剂具有操作方便、工艺简单、环境友好、留存率高，性能改善明显等特点。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

低分子量酚醛树脂的合成：

按重量计，首先加入第一批料，苯酚120份和甲醛溶液200份，升温使反应温度到40℃；接着加入第一批质量比为40％的氢氧化钠水溶液5份，继续加热，当反应温度达到50℃时停止加热，反应温度严格控制在85～88℃；反应1小时后，将温度降到70℃以下，加入第二批氢氧化钠溶液10份，加完后，再加入第二批甲醛溶液45份，保持温度在75～85℃反应3小时，降温到60℃加入尿素40份，反应半小时，再逐渐使温度下降到40℃即得低分子量酚醛树脂。

阻燃剂的合成：

按重量计，首先加水1800份，氨水200份，甲醛450份，双氰胺1575份，升温到65～75℃在40～50分钟内加入磷酸1600份，继续升温到90～95℃保温2～2.5小时，调pH值为3.8～4.0加入乙二醇480份，在90～95℃保温1～1.5小时，pH达到3.8～4.0时加三乙醇胺320份，硼酸1400份降温到80～82℃，保温20～40分钟；硼砂450份，K₁₂ 18份保温20～50分钟；冷却至60℃以下，加氨水1250份，调pH至6.0～6.5，冷却至45℃以下出料。

取合成的低分子量酚醛树脂120份，阻燃剂80份，水200份，混合均匀即得。

实施例2

低分子量酚醛树脂的合成：

按重量计，首先加入第一批料，苯酚150份和甲醛溶液230份，升温使反应温度到40℃；接着加入第一批质量比为40％的氢氧化钠水溶液8份，继续加热，当反应温度达到50℃时停止加热，反应温度严格控制在85～88℃；反应1～1.5小时后，将温度降到70℃以下，加入第二批氢氧化钠溶液12份，加完后，再加入第二批甲醛溶液25份，保持温度在75～85℃反应2～3小时，降温到60℃，反应半小时，再逐渐使温度下降到40℃即得低分子量酚醛树脂。

阻燃剂的合成：

按重量计，首先加水2000份，氨水100份，甲醛480份，双氰胺1275份，升温到65～75℃在40分钟内加入磷酸1800份，继续升温到90～95℃保温2～2.5小时，调pH值为3.8～4.0加入乙二醇520份，在90～95℃保温1～1.5小时，pH达到3.8～4.0加三乙醇胺400份，硼酸1300份降温到80～82℃，保温20～40分钟；硼砂460份，K₁₂ 20份保温20～50分钟；冷却至60℃以下，加氨水1000份，调pH至6.0～6.5，冷却至45℃以下出料。

取合成的低分子量酚醛树脂140份，阻燃剂120份，水180份，混合均匀即得。

实施例3

低分子量酚醛树脂的合成：

按重量计，首先加入第一批料，苯酚200份和甲醛溶液300份，升温使反应温度到40℃；接着加入第一批质量比为40％的氢氧化钠水溶液10份，继续加热，当反应温度达到50℃时停止加热，反应温度严格控制在85～88℃；反应1～1.5小时后，将温度降到70℃以下，加入第二批氢氧化钠溶液8份，加完后，再加入第二批甲醛溶液90份，保持温度在75～85℃反应2～3小时，降温到60℃加入尿素65份，反应半小时，再逐渐使温度下降到40℃即得低分子量酚醛树脂。

阻燃剂的合成：

按重量计，首先加水1900份，氨水180份，甲醛490份，双氰胺1975份，升温到65～75℃在40分钟内加入磷酸1546份，继续升温到90～95℃保温2～2.5小时，调pH值为3.8～4.0加入乙二醇475份，在90～95℃保温1～1.5小时，pH达到3.8～4.0加三乙醇胺335份，硼酸1378份降温到80～82℃，保温20～40分钟；硼砂540份，K₁₂ 25份保温20～50分钟；冷却至60℃以下，加氨水1400份，调pH至6.0～6.5，冷却至45℃以下出料。

取合成的低分子量酚醛树脂180份，阻燃剂100份，水380份，混合均匀即得。

实施例4

低分子量酚醛树脂的合成：

按重量计，首先加入第一批料，苯酚250份和甲醛溶液460份，升温使反应温度到40℃；接着加入第一批质量比为40％的氢氧化钠水溶液11份，继续加热，当反应温度达到50℃时停止加热，反应温度严格控制在85～88℃；反应1～1.5小时后，将温度降到70℃以下，加入第二批氢氧化钠溶液7份，加完后，再加入第二批甲醛溶液35份，保持温度在75～85℃反应2～3小时，降温到60℃加入尿素65份，反应半小时，再逐渐使温度下降到40℃即得低分子量酚醛树脂。

阻燃剂的合成：

按重量计，首先加水2000份，氨水350份，甲醛450份，双氰胺1875份，升温到65～75℃在40分钟内加入磷酸1745份，继续升温到90～95℃保温2～2.5小时，调pH值为3.8～4.0加入乙二醇490份，在90～95℃保温1～1.5小时，pH达到3.8～4.0加三乙醇胺470份，硼酸1535份降温到80～82℃，保温20～40分钟；硼砂560份，K₁₂ 20份保温20～50分钟；冷却至60℃以下，加氨水1600份，调pH至6.0～6.5，冷却至45℃以下出料。

取合成的低分子量酚醛树脂170份，阻燃剂90份，水680份，混合均匀即得。

本发明木材改性液的应用效果试验：

一、试验对象：实施例1－4所制备的木材改性液。

二、试验方法

用杨木作为实验材使用以上实施例1－4进行改性处理，采用真空加压的方式进行木材的浸渍改性处理，干燥，即得。真空度－0.1MPa，真空时间40分。加压使用的压力0.8MPa，加压时间100分，干燥即的改性杨木。

三.实验结果

通过本发明木材改性液处理的杨木改性材，最终增重率在50～120％，密度提高40～100％，氧指数提高30～90％。尺寸稳定性提高35～48％，表面硬度提高60～130％，吸水率下降90～180％，静曲强度提高80～165％，静曲弹性模量提高68～147％，甲醛释放量≤1.0mg/L，达到E1级要求。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种木材改性剂，其特征在于：其组分按重量份数表示包括：

低分子量酚醛树脂 140～200份；

阻燃剂 80～120份；

水 180～800份；

所述低分子量酚醛树脂其组分重量份数为：

所述阻燃剂其组分按重量份数表示包括：

2.一种制备权利要求1所述木材改性剂的方法，其特征在于：

所述低分子量酚醛树脂制备方法为：

步骤一：将占总重量5/6～4/5的甲醛溶液与苯酚混合后升温使反应液温度到50℃进行反应；

步骤二：再将占总重量3/10～8/19的氢氧化钠溶液加入其中，将反应液加热至55～60℃，反应温度为85～90℃，反应时间为40～70分钟；

步骤三：再将剩余的氢氧化钠溶液加入其中，接着加入剩余的甲醛溶液，继续进行反应；反应温度为80～85℃，反应时间为180～210分钟；

步骤四：再加入尿素进行反应，反应时间为20～30分钟，让产物逐渐降温，降温温度为40℃，出料；

所述阻燃剂制备方法为：

步骤一：加水、100～200份的氨水、甲醛、双氰胺；

步骤二：缓慢加入磷酸，30～50分钟加完；

步骤三：保温2小时，温度为90～95℃；

步骤四：pH值达到3.8～4.0时加乙二醇；

步骤五：保温1小时；

步骤七：保温20～40分钟，加硼砂和K₁₂，保温20～50分钟；

步骤八：冷却至60℃以下；

步骤九：加800～1600份的氨水调pH值至6.0；

步骤十：冷却至45℃以下出料；

取合成的低分子量酚醛树脂，阻燃剂，水，混合均匀即得。