CN107599092B - 一种氮羟甲基乙烯脲树脂改性剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基础材料化学领域，具体涉及一种氮羟甲基乙烯脲树脂改性剂及其应用。本发明所述的氮羟甲基乙烯脲树脂改性剂，其原料包括：氮羟甲基乙烯脲树脂15～70份，稳定剂2～6份，催化剂3～8份，水30～80份，所述催化剂为水溶性有机酸。本发明提出的氮羟甲基乙烯脲树脂改性剂，原材料来源广泛，制备及使用简单安全，环保。使用该改性剂处理木材竹材，能改善材料的尺寸稳定性、耐久性、耐老化性能等，使材料能够保持其原有的天然质感，且防潮、防霉、耐腐、防虫、耐湿热变形、硬度及顺纹抗压强度提高，对冲击韧性影响小。经处理后，其性能可满足大部分使用场所，成本低廉，较为合理。

Description

一种氮羟甲基乙烯脲树脂改性剂及其应用

技术领域

本发明涉及基础材料化学技术领域，具体涉及一种氮羟甲基乙烯脲树脂改性剂及其应用。

背景技术

木材凭借其自然的纹理、质感、色泽、易加工性、高强重比等性能，深受人们喜爱，被广泛应用于家具制造、家具装饰、建筑等行业。然而，随着人们生活水平日益提升，优质的木材供应越显不足。通过改性技术优化速生人工林木材及竹材材质材性，是缓解木质材料供需矛盾的良好途径。

近年来，木材功能性改良技术逐渐受到重视。该技术主要是通过浸泡、真空加压浸渍处理等方式将低分子量单体、树脂等浸入到木材内部，通过固化剂、催化剂及加热的方式，使单体或树脂发生聚合，甚至与木材细胞壁组份发生交联反应，从而达到改变木材细胞微观结构，改变霉菌及腐朽菌所需的营养物质，获得防霉、耐腐性等抗生物劣化性能改善的目的。

氮羟甲基乙烯脲树脂，如二羟甲基二羟基乙烯脲(DMDHEU)分子量低、具有活性的乙烯脲树脂，能够浸入木质材料细胞壁内部，且能与木质材料中的羟基发生醚化反应或自身发生缩聚反应形成体式大分子，改变木质材料细胞壁组份并对木质材料中的空隙进行填充，从而改善木质材料的尺寸稳定性、耐久性、耐老化性能等。

催化剂及稳定剂的选择是木质材料树脂改性技术的关键，既要保证树脂在储存过程中保持长效、稳定、均一，又要保证催化剂与木质材料的亲和力与树脂相当，且在加热条件下能够完成催化固化作用，并在后期使用中对木材细胞壁无明显降解作用。现有DMDHEU树脂改性木质材料技术采用的催化剂主要是MgCl₂·6H₂O，但该催化剂酸性强，容易造成木材细胞壁降解，进而影响其力学强度，且改性材抗生物劣化性能欠佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮羟甲基乙烯脲树脂改性剂及其制备方法。

本发明的木质材料树脂改性剂，按重量份计，其原料包括：氮羟甲基乙烯脲树脂15～70份，稳定剂2～6份，催化剂为3～8份，水30～80份，所述催化剂为水溶性有机酸。

优选地，上述原料的总重量份数为100份。

优选地，所述木质材料树脂改性剂包括：氮羟甲基乙烯脲树脂30～50份，稳定剂2～4份，催化剂为3～5份，水30～60份。

本发明提供的上述改性剂配方可有效保障处理木材的尺寸的稳定性及防霉耐久性，可满足大部分使用场所，且改性剂本身成本低廉，较为合理。

本发明所述的氮羟甲基乙烯脲树脂改性剂，氮羟甲基乙烯脲树脂优选为二羟甲基二羟基乙烯脲(DMDHEU)，其分子量低，具有活性的氮羟甲基，能够浸入木质材料细胞壁内部，且能与木质材料中的羟基发生醚化反应或自身发生缩聚反应形成体式大分子，改变木质材料细胞壁组份并对木质材料中的空隙进行填充，从而改善木质材料的尺寸稳定性、耐久性、耐老化性能等。

本发明所述的木质材料树脂改性剂，催化剂优选为马来酸酐、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)、衣康酸(ITA)中的一种或两种按比例混合。

上述催化剂为水溶性有机酸，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，按木纤维组织分子化学特性。配方材料中同时含有羟基、羟甲基极性基团。催化剂与其他成分相配合，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，固着性好，不易流失。

优选地，催化剂选用丙烯酸与马来酸酐的混合物，其中丙烯酸与马来酸酐的比例为1:1-3:1，优选为3:2，丙烯酸的加入可降低单独以马来酸酐为催化剂对改性后木材的冲击韧性的影响。

优选地，催化剂选用甲基丙烯酸与马来酸酐的混合物，其中甲基丙烯酸与马来酸酐的比例为1:1-3:1，优选为1:1，同理，甲基丙烯酸的加入可降低单独以马来酸酐为催化剂对改性后木材的冲击韧性的影响。本改性剂改性处理后，木材保持其原有的天然质感，且防潮、防霉、耐腐、防虫、耐湿热变形、硬度及顺纹抗压强度提高，对冲击韧性影响小。

本改性剂稳定剂优选为硼砂。通过水溶性稳定剂的调节，可获得较长的存储期。

本发明所述的改性剂还优选包括防腐剂1～8份，进一步优选为2～6份。防腐剂优选为戊唑醇、丙环唑及环丙唑醇等，所选的防腐剂均为油溶性，一直以来将其溶于水溶液中是行业内部难题，本发明所述改性剂对戊唑醇和环丙唑醇的溶解量≥12％，对丙环唑的溶解效果更好，研究表明，该含量的防腐剂容量对木材的防腐性能改善效果显著，成本合理，不造成浪费。

本发明提出的氮羟甲基乙烯脲树脂改性剂，原材料来源广泛，制备及使用简单安全，环保。使用该改性剂处理木材、竹材，能改善材料的尺寸稳定性、耐久性、耐老化性能等，木材、竹材能够保持其原有的天然质感，且防潮、防霉、耐腐、防虫、耐湿热变形、硬度及顺纹抗压强度提高，对冲击韧性影响小。经处理后，其性能可满足大部分使用场所，成本低廉，较为合理。

本发明同时提供一种制备此树脂改性剂的方法，其步骤如下：室温条件下，将稳定剂溶于水，再边搅拌边加入氮羟甲基乙烯脲树脂，再加入催化剂搅拌均匀，即得。

本发明同时提供所述氮羟甲基乙烯脲树脂改性剂在材质疏松的木材，和/或，竹材的应用。本发明所述改性剂可应用于一般木材竹材，但对材质疏松的木材和难以浸渍的竹材改善效果更佳。

本发明所述的氮羟甲基乙烯脲树脂改性剂能有效改善木质材料的各种性能，且能有效防潮防霉，制造成本低廉，该树脂改性剂应用范围广泛，效果优异，使用方便。

附图说明

图1实施例2所述改性剂对木材防霉性能的影响测试图

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本实施例提供一种氮羟甲基乙烯脲树脂改性剂，包括：氮羟甲基乙烯脲树脂50份，硼砂2.5份，丙烯酸5份，并以水42.5份作为溶剂。

实施例2

本实施例提供一种氮羟甲基乙烯脲树脂改性剂，包括：氮羟甲基乙烯脲树脂30份，硼砂2份，马来酸酐5份，并以水63份作为溶剂。

实施例3

本实施例提供一种氮羟甲基乙烯脲树脂改性剂，包括：氮羟甲基乙烯脲树脂50份，硼砂2.5份，丙烯酸5份，戊唑醇4份，并以水38.5份作为溶剂。

实施例4

本实施例提供一种氮羟甲基乙烯脲树脂改性剂，包括：氮羟甲基乙烯脲树脂50份，硼砂3.5份，丙烯酸3份，马来酸酐2份，并以水41.5份作为溶剂。

试验例1

为更好说明本发明的有益效果，引入本试验例。

试验对象：马尾松(Pinus massoniana)和樟子松(Pinus sylvestris.L)

试验方法：

1)改性剂的配制：分别按照实施例1和实施例2所述的改性剂配方，分别配制总质量为1600g的改性剂。

2)浸渍处理：

a)将马尾松和樟子松的试样放入浸渍罐中分别加入实施例1所述改性剂和实施例2所述改性剂，抽真空15min，通过氮气加压至1.5MPa，保压30min，卸压，试样继续浸泡12h；分别设置空白对照组不做处理作为对比；

b)取出试样，用纱布擦拭除去表面多余的改性剂，铝箔包好，放入烘箱中进行固化，固化温度90℃，固化时间3h；

c)干燥：将温度升至105℃干燥至绝干；

3)性能测试：GB/T1934.2-2009木材湿胀性能测试方法、GB/T1935-2009木材顺纹抗压强度测试方法对所述马尾松和樟子松的吸湿性、尺寸稳定性、顺纹抗压强度等物理力学性能及防霉、耐腐性能进行测试。

采用GB/T1934.2-2009木材湿胀性能测试方法，结果如表1所示，分别以实施例1(以丙烯酸AA为催化剂)和实施例2(以马来酸酐MA为催化剂)所述改性剂对木材湿胀率的影响。

表1.实施例1和实施例2所述改性剂对木材湿胀率的影响

表2所示，分别以实施例1(以丙烯酸AA为催化剂)和实施例2(以马来酸酐MA为催化剂)的改性剂对木材尺寸稳定性的影响。

表2.实施例1和实施例2所述改性剂对木材尺寸稳定性的影响

采用GB/T1935-2009木材顺纹抗压强度测试方法，结果如表3所示，分别以实施例1(以丙烯酸AA为催化剂)和实施例2(以马来酸酐MA为催化剂)所述改性剂对木材顺纹抗压强度的影响。

表3.实施例1和实施例2所述改性剂对木材顺纹抗压强度的影响

试验例2

为说明本发明所述的改性剂对于木材良好的防霉性能，引入本试验例。

试验对象：马尾松(Pinus massoniana)和樟子松(Pinus sylvestris.L)

试验方法：

以实施例2所述的改性剂，采用试验例1中所述的浸渍处理方法进行处理后，进行性能测试：采用GB/T 18261-2000防霉剂防治木材霉菌及蓝变菌的测试方法检测其对木材防霉性能的影响。

试验结果：如附图1所示，防霉测试进行至第一周，未经改性处理的马尾松木材和樟子松木材表面出现霉菌附着现象，随着测试时间延长至2～4周，未改性木材表面上的菌丝逐渐增加，且马尾松木材表面的菌落多于樟子松木材。而以马来酸酐为催化剂经树脂改性的马尾松和樟子松木材表面直至测试进行至第四周，样品表面均未出现菌丝附着现象。该结果说明改性处理赋予马尾松和樟子松木材优异的防霉性能。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种氮羟甲基乙烯脲树脂改性剂，按重量份计，其原料包括：氮羟甲基乙烯脲树脂30~50份，稳定剂2~4份，催化剂3~5份，水30~60份，防腐剂1~8份，所述催化剂为丙烯酸与马来酸酐的混合物或甲基丙烯酸与马来酸酐的混合物；

所述丙烯酸与马来酸酐的比例为1:1-3:1；所述甲基丙烯酸与马来酸酐的比例为1:1-3:1；

所述防腐剂为戊唑醇、丙环唑及环丙唑醇中的至少一种，所述稳定剂为硼砂。

2.根据权利要求1所述的改性剂，其特征在于，按重量份计，所述原料的总重量份数为100份。

3.根据权利要求1所述的改性剂，其特征在于，所述丙烯酸与马来酸酐的比例为3:2；所述甲基丙烯酸与马来酸酐的比例为1:1。

4.根据权利要求1-3任一项所述的改性剂，其特征在于：所述氮羟甲基乙烯脲树脂为二羟甲基二羟基乙烯脲。

5.根据权利要求1所述的改性剂，其特征在于：所述氮羟甲基乙烯脲树脂为二羟甲基二羟基乙烯脲。

6.根据权利要求1所述的改性剂，其特征在于：按重量份计，包括：

二羟甲基二羟基乙烯脲 30~50份，

硼砂 2~4份，

催化剂 5份，

水 35~60份，

所述催化剂为丙烯酸与马来酸酐的混合物或甲基丙烯酸与马来酸酐的混合物。

7.根据权利要求6所述的改性剂，其特征在于：还包括防腐剂戊唑醇2~6份。

8.权利要求1-7任一项所述的氮羟甲基乙烯脲树脂改性剂在竹材和/或材质疏松的木材上的应用。

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