CN106584617B - 一种木材塑化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及木材塑化技术领域，尤其涉及一种木材塑化剂及其制备方法。该木材塑化剂，按质量百分比计，其原料包括以下成分：硬单体20～30％，粘性软单体5～15％，酸性单体3～10％，韧性软单体20～30％，以及水20～40％。该木材塑化剂的制备方法为：常温下，将硬单体、粘性软单体、酸性单体和韧性软单体依次加入水中，搅拌至溶解完全，再搅拌5～10分钟即得。本塑化剂各组分单体无色、无味、绿色环保。木材经塑化后天然质感好，防潮、防腐、耐湿热变形，木材的硬度、抗剪、抗弯、抗冲击等力学性能得到提高，且材料来源充裕，制作及使用方便安全，可广泛应用于家具制造、装饰装修及木结构建筑等，具有良好的推广应用价值。

Description

一种木材塑化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及木材塑化技术领域，尤其涉及一种木材塑化剂及其制备方法。
背景技术
自古以来，木材一直受到人类的青睐，其自然的纹理、质感、结构力学性能、易加工性等是其它材料无可替代的，在家具制造业和建材行业得到广泛应用。然而部分木材，特别是人工林木材的材质不能满足大众需要，例如其结构相对疏松、密度低、易被虫蛀、菌蚀，酸、碱及风化降解等。为解决这一问题，人们已采取了药剂防护、炭化处理、功能性改良等防护保护措施，现有功能性改良技术主要是通过加压方式向木材结构中注入非水性有机单体或树脂，由固化剂催化或高能电子束促进其固化固定。该工艺操作复杂，副产物的去除导致设备投资大，材料损失、能耗大，对环境污染严重。因此从加工乃至应用范围受到严格限制，其经济性，社会效益存在屏障。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种木材塑化剂，按质量百分比计，其原料包括以下成分：硬单体20～30％，粘性软单体5～15％，酸性单体3～10％，韧性软单体20～30％，以及水20～40％。优选的，上述各成分的质量百分比之和为100％。
本发明的木材塑化剂，其原料用无毒的水溶性材料代替现有技术中的油性有毒材料，且该塑化剂在木材组织中是以与木材组织相结合的形式存在，而有别于油性材料的固化填充形式。具体采用环境友好型水溶性单体通过复配形成最佳组合，先在中低温条件下游离基引发的双键聚合，然后通过略高温下的单体与木材、单体之间的缩合，从而达到牢固结合，改善木材物理力学及抗生物劣化性能的目的。原料中的硬单体、粘性软单体、酸性单体和韧性软单体均具有较强的游离基反应活性，在水中的溶解度大，可获得高固含制剂，且粘度低、渗透性强。配方材料中同时含有氨基、羧基、羟基、羟甲基极性基团，可极大地渗透、润湿、附着在纤维表面，并与纤维素分子中的＞C＝O、—OH结合，失水后塑化剂交联，与木纤维组织固为一体。
作为一种优选方案，按质量百分比计，所述木材塑化剂的原料包括以下成分：硬单体21.4～28.6％，粘性软单体5.7～14.3％，酸性单体3.4～8.6％，韧性软单体23.1～28.6％，以及水27.6～28.6％。优选的，上述各成分的质量百分比之和为100％。
本发明所述木材塑化剂，所述硬单体为脆性硬单体或韧性硬单体。优选的，所述脆性硬单体为丙烯酰胺(AM)或甲基丙烯酰胺(MAM)；或，所述韧性硬单体为甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)或甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)。
本发明所述木材塑化剂，所述粘性软单体为丙烯酸羟乙酯(HEA)或丙烯酸羟丙酯(HPA)。
本发明所述木材塑化剂，所述酸性单体为丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)、顺丁烯二酸(酐)(MA)或衣康酸(ITA)的任一种。
本发明所述木材塑化剂，所述韧性软单体为N-羟甲基丙烯酰胺(NMAM)。
本发明提供了一种木材塑化剂的另一种优选方案，即：按质量百分比计，其原料包括以下成分：21.4～28.6％的丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟丙酯中的任一种，5.7～14.3％的丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟丙酯，3.4～8.6％的丙烯酸、甲基丙烯酸、顺丁烯二酸或衣康酸中的任一种，23.1～28.6％N-羟甲基丙烯酰胺，以及27.6～28.6％水。优选的，上述各成分的质量百分比之和为100％。
本发明还提供了一种制备上述木材塑化剂的方法，即：常温下，将所述硬单体、软单体、酸性单体和韧性软单体依次加入水中，搅拌，至溶解完全，再继续搅拌5～10分钟即得。
本发明还提供了上述木材塑化剂的应用：将所述木材塑化剂通过真空加压方式注入木材，然后进行热固化和干燥处理；处理后的木材防潮、防腐性能好，耐湿热变形，木材的力学性能得到提高。
本发明的木材塑化剂若需要长期贮存，可加入水溶性稳定剂，对于高脂、高蜡、渗透性差的木材，可加渗透助剂帮助。本制剂固含量可在较大范围内调整，因溶解度受环境温度影响，较低温度时，配方中的制剂会有结晶析出，加热会再溶解，或补充水稀释溶解，不影响使用。根据本发明配方中材料的玻璃化温度(Tg)依木材材质(软、硬)特性，可在一定范围内调整软、硬单体比例，以达最佳综合力学性能。
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：
1、本塑化剂无色、无味、绿色环保，塑化后的木材无油质感，天然质感更强烈，且防潮、防腐、耐湿热变形，木材的抗剪、弯、冲击等力学性能得到提高。
2、本发明的水性木材塑化剂，材料来源充裕，制作及使用简易方便安全，可广泛地应用于一切自然环境下的木结构，装饰、家具等材料的塑化保护处理上，表面无需防护。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。以下实施例中的制剂均为市售商品。
实施例1
一种木材塑化剂，由丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺和水组成，各组分的重量百分含量为：
本实施例还提供了一种所述木材塑化剂的制备方法，制备方法如下：常温下将水加入到带搅拌的溶解罐中，边搅拌依次加入丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺，直至溶解完全，再继续搅拌5～10分钟即可。
实施例2
一种木材塑化剂，由丙烯酰胺、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺和水组成，各组分的重量百分含量为：
水 28.6％
丙烯酰胺 21.4％
丙烯酸羟丙酯 14.3％
甲基丙烯酸 7.1％
N-羟甲基丙烯酰胺 28.6％
本实施例还提供了一种所述木材塑化剂的制备方法，制备方法如下：常温下将水加入到带搅拌的溶解罐中，边搅拌依次加入丙烯酰胺、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺，直至溶解完全，再继续搅拌5～10分钟即可。
实施例3
一种木材塑化剂，由甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、顺丁烯二酸、N-羟甲基丙烯酰胺和水组成，各组分的重量百分含量为：
本实施例还提供了一种所述木材塑化剂的制备方法，制备方法如下：常温下将水加入到带搅拌的溶解罐中，边搅拌依次加入甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、顺丁烯二酸、N-羟甲基丙烯酰胺，直至溶解完全，再继续搅拌5～10分钟即可。
实施例4
一种木材塑化剂，由甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟丙酯、衣康酸、N-羟甲基丙烯酰胺和水组成，各组分的重量百分含量为：
水 38.5％
甲基丙烯酰胺 23.1％
丙烯酸羟丙酯 7.7％
衣康酸 3.8％
N-羟甲基丙烯酰胺 23.1％
本实施例还提供了一种所述木材塑化剂的制备方法，制备方法如下：常温下将水加入到带搅拌的溶解罐中，边搅拌依次加入甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟丙酯、衣康酸、N-羟甲基丙烯酰胺，直至溶解完全，再继续搅拌5～10分钟即可。
试验例1
分别将实施例1～4所述的木材塑化剂通过真空压力方式注入杉木(Cunninghamialanceolata)。具体工艺：1)将杉木的试样放入浸渍罐中，抽真空30min，利用罐内负压吸入塑化剂，通过氮气加压至0.7MPa，保压1h，卸压；2)取出试样，用纱布擦拭表面多余的塑化剂，放入烘箱中进行固化，固化温度85℃，固化时间2h；3)将温度升至103℃干燥至绝干；4)参照国标GB/T 1931-2009木材含水率测定方法、GB/T1934.2-2009木材湿胀性能测试方法、GB/T1941-2009木材硬度测试方法、GB/T1936.1-2009木材抗弯强度测试方法、GB/T1940-2009木材冲击韧性试验方法和GB/T13942.1-2009天然耐久性能第一部分：天然耐腐性实验室试验方法等，对所述杉木的防潮、耐湿热、硬度、抗弯、抗冲击等力学性能及防腐性能进行测试。所述杉木经各实施例的木材塑化剂处理后，其性能分别如下表所示：
注：上表中的对照样为：未经塑化剂处理的木材。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (4)

1.一种木材塑化剂，其特征在于，按质量百分比计，其原料包括以下成分：硬单体20%~30%，粘性软单体5%~15%，酸性单体3%~10%，韧性软单体20%~30%，以及水20%~40%；
所述木材塑化剂通过以下方法制备而成：常温下，将所述硬单体、粘性软单体、酸性单体和韧性软单体依次加入水中，搅拌，至溶解完全，再继续搅拌5~10分钟即得；
所述硬单体为脆性硬单体或韧性硬单体，所述脆性硬单体为丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺，所述韧性硬单体为甲基丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟丙酯；
所述粘性软单体为丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟丙酯；
所述酸性单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、顺丁烯二酸或衣康酸中的任一种；
所述韧性软单体为N-羟甲基丙烯酰胺。
2.根据权利要求1所述的木材塑化剂，其特征在于，按质量百分比计，其原料包括以下成分：硬单体21.4%~28.6%，粘性软单体5.7%~14.3%，酸性单体3.4%~8.6%，韧性软单体23.1%~28.6%，以及水27.6%~28.6%。
3.根据权利要求1或2所述的木材塑化剂，其特征在于，按质量百分比计，其原料包括以下成分：21.4%~28.6%的丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟丙酯中的任一种，5.7%~14.3%的丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟丙酯，3.4%~8.6%的丙烯酸、甲基丙烯酸、顺丁烯二酸或衣康酸中的任一种，23.1%~28.6%N-羟甲基丙烯酰胺，以及27.6%~28.6%水。
4.权利要求1~3任一项所述木材塑化剂的应用，其特征在于，将所述木材塑化剂通过真空加压方式或浸泡方式注入木材，然后进行热固化和干燥处理。
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