CN104647495B

CN104647495B - 一种橡胶木的功能改性方法

Info

Publication number: CN104647495B
Application number: CN201310582729.XA
Authority: CN
Inventors: 黄培伟
Original assignee: 黄培伟
Current assignee: Hainan Long Tai Tai Wood Technology Co., Ltd.
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2033-11-19
Also published as: CN104647495A

Abstract

本发明公开了一种橡胶木的功能改性方法，采用多次浸渍法，使浸渍液形成的无机加有机胶层包覆细胞壁，使木材纤维表面形成隔离层，从而使木材具有防腐、防虫、阻燃、防水等功能，所用的浸渍液组分不会在常温下自聚合，可以适应生产的要求，与橡胶木的结合能力强，抗流失性能强，所得改性木材的稳定性佳，防水性能强，防腐、阻燃性好，提高了橡胶木的经济价值。

Description

一种橡胶木的功能改性方法

技术领域

本发明涉及木材加工技术领域，特别涉及一种橡胶木的功能改性方法。

背景技术

近年来，随着科技的进步及人类文明的发展,人们开始日益重视环境问题，特别是进入21世纪，降低碳排放已经成为关系到人类生存发展的重大问题。联合国粮食及农业组织（FAO）林业处及一些国家政府部门和组织就气候变化及对策开展了广泛地研究，认为增加木材的利用是减缓气候变化、改善地球大气层碳平衡的简单易行的方法之一。具体措施包括：增加木材的利用比例，尽可能延长木制品的使用寿命，扩大木材和木制品的回收利用和循环利用等。

木材经过几百万年的进化，已形成了能满足多种功能要求和耐受各种环境应力的微观结构和材料组成。更为重要的是，木材具有以蜂窝状孔结构为特征的多级孔结构，这种孔结构形式是现有技术无法制取的。但是，木材特别是人工林木材密度低、力学强度低、表面硬度低、耐磨耗性差、易燃、易腐及生物耐久性差。因此，根据木材独特的化学组成、显微组织结构和多孔级结构体系，对木材进行高性能化、功能化改性成为木材加工业的重要研究课题，对此各国的科学家进行了大量的实验及理论探索。

橡胶木是橡胶树经多年割胶后，已逐渐老化，产胶量已很少，经淘汰砍伐更新的木材，但是由于橡胶木易变形、湿板易腐烂、变色的特点，一直没有得到很好地利用，近年来，由于天然林木材逐年减少，橡胶木资源得到重视，不过限于技术条件，只能简单地防腐处理后，作为低端材料使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种橡胶木的功能改性方法，采用多次浸渍法，使浸渍液形成的无机加有机胶层包覆细胞壁，使木材纤维表面形成隔离层，从而使木材具有防腐、防虫、阻燃、防水等功能，所用的浸渍液组分不会在常温下自聚合，可以适应生产的要求，与橡胶木的结合能力强，抗流失性能强，所得改性木材的稳定性佳，防水性能强，防腐、阻燃性好，提高了橡胶木的经济价值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种橡胶木的功能改性方法，包括如下步骤：

（1）、将橡胶木坯板总共进行2-4个以下浸渍干燥循环：

第一个浸渍干燥循环采取的方案为：橡胶木坯板放入浸渍罐，抽真空至真空度-0.06MPa至-0.08MPa之间，保持20-30分钟，然后注入浸渍液，加压至0.2-0.5MPa，保持6-8小时，最后排出浸渍液；

打开浸渍罐，取出橡胶木坯板，放干燥窑，在饱和蒸汽状态下，缓慢升温至100-160℃，保持8-24小时，缓慢降温，排出饱和蒸汽，然后缓慢升温至80-100℃，烘至含水率≤20%；

后续的浸渍干燥循环采取的方案为：橡胶木坯板放入浸渍罐，抽真空至真空度-0.06MPa至-0.08MPa之间，保持20-30分钟，然后注入浸渍液，加压至0.2-0.5MPa，保持6-8小时，最后排出浸渍液；

打开浸渍罐，取出橡胶木坯板，放干燥窑，缓慢升温至80-100℃，烘至含水率≤10%；

（2）、检验，包装后即得成品。

浸渍时，抽真空至真空度-0.06MPa至-0.08MPa之间，保持20-30分钟，这能使木材内部存在的空气溢出，便于浸渍液进入到木材内部。

加压至0.2-0.5MPa，保持6-8小时，能使浸渍液与木材中的水份尽可能混溶，尽可能趋向浓度平衡。

根据橡胶木坯板的厚度进行2-4个循环，循环次数少，板太厚，会使浸渍液有效成份不能到达板心或到达板心的量太少，会影响产品质量。循环次数太多，影响产量、增加成本。

本发明在橡胶木坯板第一次浸渍完成后，在干燥窑内，饱和蒸汽气氛下，缓慢升温至100-160℃，保持8-24小时，使浸渍液中有效成分的活性基团与木材细胞壁的纤维素分子有效结合，使得木材具有较好地防水性、硬度、强度、阻燃性、耐磨性、韧性等。这样处理后再降温，并缓慢升温至80-100℃进行常规的干燥窑干燥工序，能有效防止木材的开裂变形。后续的循环主要区别在于干燥时进行常规的干燥窑干燥工序即可。

作为优选，步骤（1）中所述橡胶木坯板的厚度小于30mm，橡胶木坯板采用含水率20%-80%的湿板。橡胶木坯板的厚度在30mm以上，会使浸渍液有效成份不能到达板心或到达板心的量太少，会影响产品质量，要保证浸渍液有效成份到达板心且足量，则加工工序会增加，生产成本过高。本发明能有效适用于含水率20%-80%的橡胶木湿板加工使用，无需额外的干燥处理。

作为优选，步骤（1）中降温至35-45℃。降温至35-45℃，排出蒸汽，再缓慢升温进行常规的干燥窑干燥，降温的温度过低，这样下一步常规干燥时能耗会较大，降温的温度过高（超过45℃），则进行下一步常规干燥时，板材容易开裂变形。

作为优选，第一个浸渍干燥循环所用的浸渍液由以下重量百分比计的组分混合组成：碱性硅溶胶以二氧化硅的重量计为1%-5%，硅烷偶联剂0.05%-3%，水余量；

后续的浸渍干燥循环所用的浸渍液由以下重量百分比计的组分混合组成：碱性硅溶胶以二氧化硅的重量计为2%-30%，水溶性脲醛树脂2-30%，防水剂0.2%-20%，硅烷偶联剂0.05%-3%，硼砂1%-5%，水余量。

现在常规的浸渍处理液均为合成树脂（脲醛树脂、酚醛树脂）或改性的合成树脂。通过浸渍处理和干燥固化后，合成树脂大部分沉积和填充在木材的细胞腔中，只有很少量与细胞壁结合。而细胞壁的性能才是决定木材性能的主要因素。因此，合成树脂物理填充在细胞腔中的处理方法对木材强度和尺寸稳定性的改善是有限的。

本发明的浸渍液则与常规的浸渍处理液完全不同，本发明的浸渍液首先在第一个循环中，采用稀硅溶胶加硅烷偶联剂，主要的目的是强化木材细胞壁，为进一步改性处理打好基础。从第二个循环起（后续的浸渍干燥循环）采用无机组分（硅溶胶）和有机组分（水溶性脲醛树脂、防水剂）配合模式，浸渍液在固化过程中能逐步聚合产生致密的网状结构（水溶性脲醛树脂、防水剂及硅溶胶三种树脂配合,形成混合网状结构复合改性效果好）,有较强的防水性及抗流失性能,因此，硬度、强度、阻燃性、防腐性、耐磨性、防水性、韧性等佳。

采用碱性硅溶胶、水溶性脲醛树脂、甲基硅酸钠(或甲基硅酸钾)及硅烷偶联剂配合, 甲基硅酸钠或甲基硅酸钾（防水剂）能在细胞壁处形成防水层，起到较好地防水加强作用，水溶性脲醛树脂能在细胞壁处形成防水层，起到较好地防水加强作用，同时还起到一定的阻燃作用，硅溶胶能起到防水和加强作用，但是单纯的硅溶胶脆性太大，受外力容易断裂，从而大大降低防水性；因此，本发明将甲基硅酸钠或甲基硅酸钾（防水剂）及水溶性脲醛树脂与硅溶胶配合使用，有机无机结合复合起到防水加强作用。二氧化硅能与甲基硅酸钠或甲基硅酸钾产生硅醇健的连接，而改变了胶层（硅溶胶）的脆性, 加强了胶层（硅溶胶）的韧性, 提高了防水性；水溶性脲醛树脂与硅溶胶配合，水溶性脲醛树脂柔韧性好，与硅溶胶配合使用，能很好地改变胶层（硅溶胶）的脆性，加强了胶层（硅溶胶）的韧性, 提高了防水性。同时,硅烷偶联剂的加入增加了细胞壁的纤维素与胶层（硅溶胶）的结合，大大加强了与细胞壁的结合力，提高了抗流失性能。硼砂的加入大大提高了阻燃性能，同时还提高了木材的防腐性能。

因此，采用此本发明的浸渍液改性,橡胶木的综合性能有了较大的提升，并优于同等合成树脂等浸渍液的改性效果。

作为优选，所述防水剂为甲基硅酸钠或甲基硅酸钾，所述防水剂的添加量以其固含量计。

作为优选，所述硅烷偶联剂型号选自KH550、KH560、KH570、KH792、DL-602、DL-171中的一种。

本发明的有益效果是：

1、可以对橡胶木湿板直接进行加工处理，能快速有效地将浸渍液成分加工进入橡胶木内部，且结合稳固。

2、采用多次浸渍法，使浸渍液形成的无机加有机胶层包覆细胞壁，使木材纤维表面形成隔离层，从而使木材具有防腐、防虫、阻燃、防水等功能。

3、所采用的浸渍液组分不会在常温下自聚合，可以适应生产的要求，所得改性木材的稳定性佳，抗流失性能强，防水性能强，防腐、阻燃性好，提高了橡胶木的经济价值。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

碱性硅溶胶、防水剂、硅烷偶联剂、水溶性脲醛树脂、硼砂均为市售产品。

实施例1：

一种橡胶木的功能改性方法，包括如下步骤：

（1）、将橡胶木坯板（测橡胶木比重:0.65/cm³，含水率20%，厚度20mm，以头段材为主）进行2个以下浸渍干燥循环：

第一个浸渍干燥循环：将橡胶木坯板放入浸渍罐，抽真空至真空度-0.06MPa，保持30分钟，然后注入浸渍液，加压至0.2MPa，保持8小时，最后排出浸渍液；

打开浸渍罐，取出橡胶木坯板，叠板放干燥窑，在饱和蒸汽状态下，缓慢升温至160℃，保持8小时，降温至45℃，排出饱和蒸汽，然后缓慢升温至100℃（干燥窑常规干燥），烘至含水率≤20%。

第二个浸渍干燥循环：将橡胶木坯板放入浸渍罐，抽真空至真空度-0.06MPa，保持30分钟，然后注入浸渍液，加压至0.2MPa，保持8小时，最后排出浸渍液；

打开浸渍罐，取出橡胶木坯板，叠板放干燥窑，缓慢升温至100℃（干燥窑常规干燥），烘至含水率≤10%。

第一个浸渍干燥循环所用的浸渍液配方为（各组分均为重量百分比）：碱性硅溶胶以二氧化硅的重量计为1%，硅烷偶联剂（KH550）0.05%，水98.95%。

第二个浸渍干燥循环所用的浸渍液配方为（各组分均为重量百分比）：碱性硅溶胶（以二氧化硅的重量计）为2%，水溶性脲醛树脂30%，甲基硅酸钠（以固含量计）0.2%，硅烷偶联剂（KH550）0.05%，硼砂1%，水66.75%。

实施例2：

一种橡胶木的功能改性方法，包括如下步骤：

（1）、将橡胶木坯板（测橡胶木比重:0.55cm³，含水率80%，厚度20mm，以末段材为主）进行4个以下浸渍干燥循环：

第一个浸渍干燥循环：将橡胶木坯板放入浸渍罐，抽真空至真空度-0.08MPa，保持20分钟，然后注入浸渍液，加压至0.5MPa，保持6小时，最后排出浸渍液；

打开浸渍罐，取出橡胶木坯板，叠板放干燥窑，在饱和蒸汽状态下，缓慢升温至100℃，保持24小时，降温至35℃，排出饱和蒸汽，然后缓慢升温至80℃（干燥窑常规干燥），烘至含水率≤20%。

第2-4个浸渍干燥循环：将橡胶木坯板放入浸渍罐，抽真空至真空度-0.08MPa，保持20分钟，然后注入浸渍液，加压至0.5MPa，保持6小时，最后排出浸渍液；

打开浸渍罐，取出橡胶木坯板，叠板放干燥窑，缓慢升温至80℃（干燥窑常规干燥），烘至含水率≤10%

第一个浸渍干燥循环所用的浸渍液配方为（各组分均为重量百分比）：碱性硅溶胶以二氧化硅的重量计为5%，硅烷偶联剂（KH560）3%，水92%。

第2-4个浸渍干燥循环所用的浸渍液配方为（各组分均为重量百分比）：碱性硅溶胶（以二氧化硅的重量计）为30%，水溶性脲醛树脂2%，甲基硅酸钠（以固含量计）20%，硅烷偶联剂（KH560）3%，硼砂5%，水40%。

（2）、检验，包装后即得成品。

实施例3：

一种橡胶木的功能改性方法，包括如下步骤：

（1）、将橡胶木坯板（测橡胶木比重:0.60/cm³，含水率50%，厚度20mm，以头段材为主）进行3个以下浸渍干燥循环：

第一个浸渍干燥循环：将橡胶木坯板放入浸渍罐，抽真空至真空度-0.07MPa，保持25分钟，然后注入浸渍液，加压至0.3MPa，保持7小时，最后排出浸渍液；

打开浸渍罐，取出橡胶木坯板，叠板放干燥窑，在饱和蒸汽状态下，缓慢升温至120℃，保持15小时，降温至40℃，排出饱和蒸汽，然后缓慢升温至90℃（干燥窑常规干燥），烘至含水率≤20%。

第2-3个浸渍干燥循环：将橡胶木坯板放入浸渍罐，抽真空至真空度-0.07MPa，保持25分钟，然后注入浸渍液，加压至0.3MPa，保持7小时，最后排出浸渍液；

打开浸渍罐，取出橡胶木坯板，叠板放干燥窑，缓慢升温至90℃（干燥窑常规干燥），烘至含水率≤10%。

第一个浸渍干燥循环所用的浸渍液配方为（各组分均为重量百分比）：碱性硅溶胶以二氧化硅的重量计为3%，硅烷偶联剂（DL-171）1%，水96%。

第2-3个浸渍干燥循环所用的浸渍液配方为（各组分均为重量百分比）：碱性硅溶胶（以二氧化硅的重量计）为15%，水溶性脲醛树脂15%，甲基硅酸钾（以固含量计）15%，硅烷偶联剂（DL-171）2%，硼砂2%，水51%。

（2）、检验，包装后即得成品。

实施例4：

一种橡胶木的功能改性方法，包括如下步骤：

（1）、将橡胶木坯板（测橡胶木比重:0.55/cm³，含水率20%，厚度20mm，以末段材为主）进行3个以下浸渍干燥循环：

第一个浸渍干燥循环：将橡胶木坯板放入浸渍罐，抽真空至真空度-0.07MPa，保持25分钟，然后注入浸渍液，加压至0.4MPa，保持7小时，最后排出浸渍液；

第2-3个浸渍干燥循环：将橡胶木坯板放入浸渍罐，抽真空至真空度-0.07MPa，保持25分钟，然后注入浸渍液，加压至0.4MPa，保持7小时，最后排出浸渍液；

第一个浸渍干燥循环所用的浸渍液配方为（各组分均为重量百分比）：碱性硅溶胶以二氧化硅的重量计为3%，硅烷偶联剂（KH570）1%，水96%。

第2-3个浸渍干燥循环所用的浸渍液配方为（各组分均为重量百分比）：碱性硅溶胶（以二氧化硅的重量计）为10%，水溶性脲醛树脂10%，甲基硅酸钠（以固含量计）5%，硅烷偶联剂（KH570）2.5%，硼砂3%，水69.5%。

（2）、检验，包装后即得成品。

经本发明的方法生产出的橡胶木功能性板达到阻燃B1级：

a)按GB/T 8626进行测试，其燃烧性能应达到GB/T 8626所规定的指标且不允许有燃烧滴落物引燃滤纸的现象； b)按GB/T 8625进行测试，每组试件的平均剩余长度≥15cm（其中任一试件的剩余长度>0cm)，且每次测试的平均烟气温度峰值≤200℃； c)按GB/T 8627进行测试，其烟密度等级(SDR) ≤75．。

经本发明的方法生产出的橡胶木功能性板达到防腐C3级，即在室外环境中使用，且暴露在各种气侯中，包括淋湿，但避免长期浸泡在水中。

经本发明的方法生产出的橡胶木功能性板：耐热尺寸稳定性(收缩率)：长≤0.3%，宽≤0.4%；耐湿尺寸稳定性(膨胀率)：长≤0.2%，宽≤0.3%。表面耐湿热性能:无裂纹、无鼓泡、无变色。表面耐龟裂:无裂纹。表面耐冷热循环:无裂纹、无鼓泡。(中华人民共和国林业行业标准LY/T 1700-2007)。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims

1.一种橡胶木的功能改性方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）、将橡胶木坯板总共进行2-4个以下浸渍干燥循环：

（2）、检验，包装后即得成品；

第一个浸渍干燥循环所用的浸渍液由以下重量百分比计的组分混合组成：碱性硅溶胶以二氧化硅的重量计为1%-5%，硅烷偶联剂0.05%-3%，水余量；

2.根据权利要求1所述的功能改性方法，其特征在于：步骤（1）中所述橡胶木坯板的厚度小于30mm，橡胶木坯板采用含水率20%-80%的湿板。

3.根据权利要求1或2所述的功能改性方法，其特征在于：步骤（1）中降温至35-45℃。

4.根据权利要求1所述的功能改性方法，其特征在于：所述防水剂为甲基硅酸钠或甲基硅酸钾，所述防水剂的添加量以其固含量计。

5.根据权利要求1所述的功能改性方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂型号选自KH550、KH560、KH570、KH792、DL-602、DL-171中的一种。