CN106142258B - 一种木材改良剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木材改良剂，所述木材改良剂由以下重量份数的物质组成：26份pH为4.5的羧甲基纤维素钠；3份阿拉伯胶；4份2‑氰基丙烯酸辛酯；乙醇37份；1份的聚磷酸铵‑硼酸锌复合阻燃剂，其中聚磷酸铵重量是硼酸锌的2倍，聚磷酸铵的聚合度为23‑25，含磷量为30％，含氮量为16％；0.2份枸橼酸；19份水；0.07份苯甲酸；13份分子量为6000‑8000的聚丙交酯‑乙交酯；0.03份苯扎氯铵。本发明制备的木材改良剂处理过的木材尺寸稳定性好，耐腐性强，吸水回弹率小。

Description

一种木材改良剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于木材加工技术领域，具体涉及一种木材改良剂及其制备方法于应用。

背景技术

随着天然林资源的枯竭和国家天然林保护工程的实施，人工速生丰产林木材必将成为今后缓解我国木材供需矛盾的主要途径。人工速生丰产林木材主要包括杉木、马尾松、落叶松、杨木、泡桐等树种，它具有生长速度快、产量高、成材周期短等特点，由于其生长速度快、材质较差、密度及表面硬度低，不耐腐不耐候、易变形易开裂等缺陷限制了其应用范围，一般只能应用于生产胶合板、刨花板和纤维板等低附加值半成品，而不能应用于实木地板及实木家具等高附加值木制品。

对速生丰产林木材进行功能性改良是对速生材高附加值利用的有效途径。所谓的木材功能性改良，一般是指应用先进的物理技术、化学技术和生物技术等，对木材进行改性处理，克服天然木材尤其是速生林木材的缺陷，提高木材物理性能和加工性能，延长木材的使用寿命，提高木材的防腐、抗老化性能，改善木材的颜色纹理，提高木材的使用档次和商业价值。目前对速生材进行功能性改良常采用的制造方法有：1.低分子树脂浸渍木材技术即是在水溶性低分子量树脂的溶液中高压浸渍时，树脂扩散进入木材细胞壁并使木材增容，经干燥除去水分，树脂由于加热而固化，生成不溶于水的聚合物，形成浸渍木。机理是把低分子量的树脂浸注于木材中，在高温条件下树脂彼此间聚合，或与木材中的活性基团如羟基形成氢键结合或化学结合，在细胞壁内生成不溶性聚合物，降低了木材中的活性基团，即降低了木材的亲水性，从而抑制细胞壁对水分的吸着；树脂聚合物亦使细胞壁充胀增容，达到抑制细胞壁收缩性能的作用，提高木材的密度和强度，也使木材的尺寸稳定性、阻湿性、力学强度等得到提高。

目前，常用的浸渍树脂是酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、间本二酚树脂等，常采用的浸渍方法是加压浸渍法、超声波法、预抽提法和高温干燥法。虽然酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、间本二酚树脂等能有效的提高木材的尺寸稳定性、阻湿性、力学强度等，但是所用原料醛类物质和酚类物质毒性较大，若是残留在树脂中会导致长期使用过程中毒性累积，对人体产生一定的危害。

生产一种绿色环保的木材改良剂，提高提高木材的尺寸稳定性、阻湿性、力学强度等具有良好的市场前景。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种绿色环保的木材改良剂，本发明木材改良剂处理过的木材尺寸稳定性好，耐腐性强，吸水回弹率小。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种木材改良剂，所述木材改良剂由以下重量份数的物质组成：

23-26份pH为4.5的羧甲基纤维素钠；3-4份阿拉伯胶；4-5份2-氰基丙烯酸辛酯；乙醇35-37份；1-2份的聚磷酸铵-硼酸锌复合阻燃剂，其中聚磷酸铵重量是硼酸锌的2倍，聚磷酸铵的聚合度为23-25，含磷量为30％，含氮量为16％；0.2-0.3份枸橼酸；18-19份水；0.06-0.08份苯甲酸；13-15份分子量为6000-8000的聚丙交酯-乙交酯；0.03-0.04份苯扎氯铵。

一种木材改良剂，所述木材改良剂由以下重量份数的物质组成：优选的，26份pH为4.5的羧甲基纤维素钠；3份阿拉伯胶；4份2-氰基丙烯酸辛酯；乙醇37份；1份的聚磷酸铵-硼酸锌复合阻燃剂，其中聚磷酸铵重量是硼酸锌的2倍，聚磷酸铵的聚合度为23-25，含磷量为30％，含氮量为16％；0.2份枸橼酸；19份水；0.07份苯甲酸；13份分子量为6000-8000的聚丙交酯-乙交酯；0.03份苯扎氯铵。

本发明中采取聚丙交酯-乙交酯这种可以降解的高分子材料作为木材的尺寸稳定剂，在使用过程中采取少量枸橼酸和苯甲酸为催化剂，使聚丙交酯-乙交酯在使用中原位降解，制备出新鲜的聚丙交酯和聚乙交酯，聚丙交酯和聚乙交酯单体继续分解降解为不同聚合度的单体起到最终的木材的尺寸稳定剂作用，为使本发明制备出的木材改良剂具有稳定的尺寸稳定作用效果，在制备过程中严格控制制备过程中的酸度、温度、时间，避免过度降解和降解不充分。

发明中苯甲酸和枸橼酸起到调节木材改良剂木材改良剂的作用，通过酸度的调节控制聚丙交酯-乙交酯的分解与释放，从而控制木材的尺寸稳定剂的作用效果；而且本发明中苯甲酸和苯扎氯铵起到防腐的作用。

本发明中羧甲基纤维素钠与阿拉伯胶相互作用产生共聚物，此共聚物对木材的纤维素和半纤维素分子上存在的大量羟基(—OH)进行作用，起到对羟基进行封端屏蔽的作用，从而克服木材随着外界温度和湿度的变化，蒸发或吸收水分，产生干缩或湿胀，导致木材的尺寸不稳定，使木材产生内应力，发生翘曲、变形和开裂的缺点。

本发明中的羧甲基纤维素钠、阿拉伯胶、聚丙交酯-乙交酯在木材尺寸稳定作用方面起到协同增效的作用，实施例表明，三种组分的共同作用比任意一种或两种组分组成的配方具有意想不到的的效果，耐热尺寸稳定性和耐湿尺寸稳定性都具有显著的提高。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种木材改良剂的制备方法，包括以下步骤：

1)反应釜中加入乙醇和水，然后加入羧甲基纤维素钠，于300rpm的转速下搅拌30min；

2)反应釜升温至45℃，分三次加入阿拉伯胶，每隔20min加入一次，阿拉伯胶加入完毕后升温至60℃搅拌0.5h，70℃搅拌0.5h，回流搅拌1h，然后以20℃/h的降温速率降温至50℃保温搅拌；

3)50℃下向反应釜中一次性加入苯甲酸，升温至60℃搅拌6h，70℃搅拌8h，回流搅拌8h，然后降温至60℃保温搅拌；

4)60℃下向反应釜中加入聚磷酸铵-硼酸锌复合阻燃剂，于1200rpm的转速下搅拌18h；

5)60℃下向反应釜中加入聚丙交酯-乙交酯，然后升温至90℃充分混合搅拌12h，降温至50℃保温搅拌；

6)50℃下向反应釜中加入苯扎氯铵搅拌8h，然后升温至90℃分三次加入枸橼酸，每1h加一次，枸橼酸加入完毕后90℃搅拌反应6h，然后以10℃/h的降温速率降温至60℃；

7)步骤6)中的物料转至超声釜中，控温至65℃，于1200rpm的转速下超声搅拌；

8)65℃下向步骤7)中的超声釜滴加2-氰基丙烯酸辛酯，滴加时间控制在3h，滴加完毕后升温至体系成熔融状态，搅拌1h，然后以5℃/h的降温速率降温至室温，包装即得木材改良剂。

优选的，步骤1)反应釜中加入乙醇和水，然后加入羧甲基纤维素钠，于300rpm的转速下搅拌30min，然后超声搅拌3h后采取孔径为1微米孔径的滤膜进行过滤。

优选的，步骤4)60℃下向反应釜中加入聚磷酸铵-硼酸锌复合阻燃剂，于1200rpm的转速下搅拌18h，加入过程中先加入聚磷酸铵搅拌均匀后，然后再加入硼酸锌。

本发明制备所得的木材改良剂的pH为6.5-7.5，在中性范围；羧甲基纤维素钠、聚磷酸铵-硼酸锌、枸橼酸、苯甲酸多种成分能够调节木材改良剂的pH，使最终木材改良剂的pH为6.5-7.5，方便木材改良剂与其它油漆等外部木材表面改性剂配合使用。

根据本发明的又一个方面，本发明提供了使用木材改良剂的处理木材的方法，包括以下步骤：

1)木材前处理：选取木材经60℃烘干后再置于湿度为75-85％的环境下进行加湿，循环三次后于60℃下烘干待用，水分占木材干基重量的3-5％；

2)木材改良剂稀释：取木材改良剂，用二甲基亚砜和水的混合溶液对木材改良剂进行稀释，木材改良剂占溶液的重量分数为2-3％；

3)处理木材工序：把步骤1)中的木材浸泡在木材改良剂中，控制木材改良剂的温度为45℃以上，浸泡时间控制在3h，浸泡结束后取出木材，于50℃下烘干，然后再用木材改良剂再次浸泡，烘干；重复三次浸泡、烘干工序，最后再次进行浸泡，然后取出木材自然风干，即得改良后的木材。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。

实施例1

木材改良剂由以下重量份数的物质组成：

23-26份pH为4.5的羧甲基纤维素钠；3-4份阿拉伯胶；4-5份2-氰基丙烯酸辛酯；乙醇35-37份；1-2份的聚磷酸铵-硼酸锌复合阻燃剂，其中聚磷酸铵重量是硼酸锌的2倍，聚磷酸铵的聚合度为23-25，含磷量为30％，含氮量为16％；0.2-0.3份枸橼酸；18-19份水；0.06-0.08份苯甲酸；13-15份分子量为6000-8000的聚丙交酯-乙交酯；0.03-0.04份苯扎氯铵。

木材改良剂按照下述生产操作规程进行制备，包括以下步骤：

1)反应釜中加入乙醇和水，然后加入羧甲基纤维素钠，于300rpm的转速下搅拌30min或继续超声搅拌3h后采取孔径为1微米孔径的滤膜进行过滤；

2)反应釜升温至45℃，分三次加入阿拉伯胶，每隔20min加入一次，阿拉伯胶加入完毕后升温至60℃搅拌0.5h，70℃搅拌0.5h，回流搅拌1h，然后以20℃/h的降温速率降温至50℃保温搅拌；

3)50℃下向反应釜中一次性加入苯甲酸，升温至60℃搅拌6h，70℃搅拌8h，回流搅拌8h，然后降温至60℃保温搅拌；

4)60℃下向反应釜中加入聚磷酸铵-硼酸锌复合阻燃剂，于1200rpm的转速下搅拌18h；加入过程中先加入聚磷酸铵搅拌均匀后，然后再加入硼酸锌；

5)60℃下向反应釜中加入聚丙交酯-乙交酯，然后升温至90℃充分混合搅拌12h，降温至50℃保温搅拌；

6)50℃下向反应釜中加入苯扎氯铵搅拌8h，然后升温至90℃分三次加入枸橼酸，每1h加一次，枸橼酸加入完毕后90℃搅拌反应6h，然后以10℃/h的降温速率降温至60℃；

7)步骤6)中的物料转至超声釜中，控温至65℃，于1200rpm的转速下超声搅拌；

8)65℃下向步骤7)中的超声釜滴加2-氰基丙烯酸辛酯，滴加时间控制在3h，滴加完毕后升温至体系成熔融状态，搅拌1h，然后以5℃/h的降温速率降温至室温，包装即得木材改良剂，pH为6.5-7.5。

使用木材改良剂的处理木材的方法，包括以下步骤：

1)木材前处理：选取木材经60℃烘干后再置于湿度为75-85％的环境下进行加湿，循环三次后于60℃下烘干待用，水分占木材干基重量的3-5％；

2)木材改良剂稀释：取木材改良剂，用二甲基亚砜和水的混合溶液对木材改良剂进行稀释，木材改良剂占溶液的重量分数为2-3％；

3)处理木材工序：把步骤1)中的木材浸泡在木材改良剂中，控制木材改良剂的温度为45℃以上，浸泡时间控制在3h，浸泡结束后取出木材，于50℃下烘干，然后再用木材改良剂再次浸泡，烘干；重复三次浸泡、烘干工序，

最后再次进行浸泡，然后取出木材自然风干，即得改良后的木材。

实施例2

木材改良剂由以下重量份数的物质组成：

26份pH为4.5的羧甲基纤维素钠；3份阿拉伯胶；4份2-氰基丙烯酸辛酯；乙醇37份；1份的聚磷酸铵-硼酸锌复合阻燃剂，其中聚磷酸铵重量是硼酸锌的2倍，聚磷酸铵的聚合度为23-25，含磷量为30％，含氮量为16％；0.2份枸橼酸；19份水；0.07份苯甲酸；13份分子量为6000-8000的聚丙交酯-乙交酯；0.03份苯扎氯铵。

木材改良剂的制备方法和使用木材改良剂对木材进行改良的方法同实施例1。

实施例3

参考CN102626941中实施例的评价方法对本发明改性的木材进行性能评价，结果如下表1：

表1 本发明木材改良剂性能评价对比结果

以上结果表明，经本发明技术方案得到的型材，具有优秀的物理性能，克服了速生材本身材质软的缺点，具有良好的耐热/湿尺寸稳定性。

实施例4

本发明中的羧甲基纤维素钠、阿拉伯胶、聚丙交酯-乙交酯在木材尺寸稳定作用方面起到协同增效的作用，实施例表明，三种组分的共同作用比任意一种或两种组分组成的配方具有意想不到的的效果，耐热尺寸稳定性和耐湿尺寸稳定性都具有显著的提高。以杨木为评价对相，以耐热尺寸稳定性和耐湿尺寸稳定性为评价指标，结果见下表2：

表2 羧甲基纤维素钠、阿拉伯胶、聚丙交酯-乙交酯三种组分作用表

注：1)羧甲基纤维素钠、阿拉伯胶、聚丙交酯-乙交酯任意一种组分是指以其中任意一种组分替代本发明中的三种组分，使用量为本发明中三种组分的总量和；耐热尺寸稳定性和耐湿尺寸稳定性的值为三种技术方案中的最优值；2)羧甲基纤维素钠、阿拉伯胶、聚丙交酯-乙交酯任意两种组分是指以其中任意两种组分替代本发明中的三种组分，使用量为本发明中三种组分的总量和；耐热尺寸稳定性和耐湿尺寸稳定性的值为三种技术方案中的最优值。

试验结果表明羧甲基纤维素钠、阿拉伯胶、聚丙交酯-乙交酯任意一种组分或者任意两种组分都起不到本发明中的技术效果，三者的组合具有一定的协同增效作用。

尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。

Claims (6)

1.一种木材改良剂，所述木材改良剂由以下重量份数的物质组成：

23-26份pH为4.5的羧甲基纤维素钠；3-4份阿拉伯胶；4-5份2-氰基丙烯酸辛酯；乙醇35-37份；1-2份的聚磷酸铵-硼酸锌复合阻燃剂，其中聚磷酸铵重量是硼酸锌的2倍，聚磷酸铵的聚合度为23-25，含磷量为30％，含氮量为16％；0.2-0.3份枸橼酸；18-19份水；0.06-0.08份苯甲酸；13-15份分子量为6000-8000的聚丙交酯-乙交酯；0.03-0.04份苯扎氯铵；

所述木材改良剂由以下制备方法制备，包括以下步骤：

1)反应釜中加入乙醇和水，然后加入羧甲基纤维素钠，于300rpm的转速下搅拌30min；

2)反应釜升温至45℃，分三次加入阿拉伯胶，每隔20min加入一次，阿拉伯胶加入完毕后升温至60℃搅拌0.5h，70℃搅拌0.5h，回流搅拌1h，然后以20℃/h的降温速率降温至50℃保温搅拌；

3)50℃下向反应釜中一次性加入苯甲酸，升温至60℃搅拌6h，70℃搅拌8h，回流搅拌8h，然后降温至60℃保温搅拌；

4)60℃下向反应釜中加入聚磷酸铵-硼酸锌复合阻燃剂，于1200rpm的转速下搅拌18h；

5)60℃下向反应釜中加入聚丙交酯-乙交酯，然后升温至90℃充分混合搅拌12h，降温至50℃保温搅拌；

6)50℃下向反应釜中加入苯扎氯铵搅拌8h，然后升温至90℃分三次加入枸橼酸，每1h加一次，枸橼酸加入完毕后90℃搅拌反应6h，然后以10℃/h的降温速率降温至60℃；

7)步骤6)中的物料转至超声釜中，控温至65℃，于1200rpm的转速下超声搅拌；

8)65℃下向步骤7)中的超声釜滴加2-氰基丙烯酸辛酯，滴加时间控制在3h，滴加完毕后升温至体系成熔融状态，搅拌1h，然后以5℃/h的降温速率降温至室温，包装即得木材改良剂。

2.一种权利要求1所述的木材改良剂，其特征在于：所述木材改良剂由以下重量份数的物质组成：26份pH为4.5的羧甲基纤维素钠；3份阿拉伯胶；4份2-氰基丙烯酸辛酯；乙醇37份；1份的聚磷酸铵-硼酸锌复合阻燃剂，其中聚磷酸铵重量是硼酸锌的2倍，聚磷酸铵的聚合度为23-25，含磷量为30％，含氮量为16％；0.2份枸橼酸；19份水；0.07份苯甲酸；13份分子量为6000-8000的聚丙交酯-乙交酯；0.03份苯扎氯铵。

3.一种权利要求1或2所述的木材改良剂，其特征在于：所述木材改良剂由以下制备方法制备，步骤1)反应釜中加入乙醇和水，然后加入羧甲基纤维素钠，于300rpm的转速下搅拌30min，然后超声搅拌3h后采取孔径为1微米孔径的滤膜进行过滤。

4.一种权利要求1或2所述的木材改良剂，其特征在于：所述木材改良剂由以下制备方法制备，步骤4)60℃下向反应釜中加入聚磷酸铵-硼酸锌复合阻燃剂，于1200rpm的转速下搅拌18h，加入过程中先加入聚磷酸铵搅拌均匀后，然后再加入硼酸锌。

5.一种权利要求1或2所述的木材改良剂，其特征在于：所述木材改良剂的pH为6.5-7.5。

6.一种权利要求1所述的木材改良剂处理木材的方法，包括以下步骤：

1)木材前处理：选取木材经60℃烘干后再置于湿度为75-85％的环境下进行加湿，循环三次后于60℃下烘干待用，水分占木材干基重量的3-5％；

2)木材改良剂稀释：取木材改良剂，用二甲基亚砜和水的混合溶液对木材改良剂进行稀释，木材改良剂占溶液的重量分数为2-3％；

3)处理木材工序：把步骤1)中的木材浸泡在木材改良剂中，控制木材改良剂的温度为45℃以上，浸泡时间控制在3h，浸泡结束后取出木材，于50℃下烘干，然后再用木材改良剂再次浸泡，烘干；重复三次浸泡、烘干工序，最后再次进行浸泡，然后取出木材自然风干，即得改良后的木材。