CN108789705B - 一种单体进入型陶瓷木的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单体进入型陶瓷木的使用方法，该陶瓷木制备时先让苯乙酸和氢氧化钠反应制得的苯乙酸钠和氯丙烯进入到木材内，生成苯乙酸丙烯酯，继而生成高分子聚合物，该高分子聚合物与木材纤维形成网状结构。该陶瓷木的内外结构、刚度和强度会一致，其内外的防水性能、防腐性能、防蛀性能、防霉性能、安全性能和尺寸稳定性都得到了保证，因此，在不涂覆涂层的前提下可直接使用，而且当陶瓷木表面陈旧了，打磨后不影响陶瓷木的性能。

Description

一种单体进入型陶瓷木的使用方法

技术领域

本发明涉及陶瓷木的使用方法。

背景技术

木材对于人类生活起着很大的支持作用。根据木材不同的性质特征，人们将它们用于不同途径，如家具、装饰材料、建筑材料、艺术品等等。但是由于木材本身的组成和结构的原因，容易有腐朽、变色和虫蛀等生物危害的缺陷，同时，在干燥及机械加工时，容易干裂、翘曲、锯口伤缺陷，这些缺陷降低了木材的利用价值。

为了提高木材制品的使用范围及使用时间，需要对木材做一些处理。通常采用防腐防水材料进行处理，目前使用最多的是在木制品表面涂防腐漆，但防腐漆只在木材的表面，一旦木材表面的防腐漆被破坏，则木材的防腐、防水性能下降，木材容易出现变形、发霉、腐蚀等现象，同时，油漆中的甲醛、苯、TVOC总挥发性有机化合物，会使人头晕头痛、胸闷、四肢无力和咳嗽等，长期接触会引发再生障碍性贫血、白血病、结核、胸膜炎等严重疾病，甚至患上癌症，对人体危害极大，且难以消除。所以现在原木制品越来越受到青睐，为了提升原木的性能，木材商采用很多方法制造防腐防水木材，目前市面的防腐木，是采用防腐剂处理，防腐剂可以增强木材抵抗菌腐、虫害、海生钻孔动物侵蚀等的作用，但易溶于水，遇水后容易失效。

以前对木材的处理主要是针对生物危害缺陷，目前出现用高分子聚合物来制造陶瓷木，来增强木材防腐、强度等性能的同时，还能降低木材在干燥及机械加工时的缺陷，但在制备过程中，聚合物难以渗透到木材内，而且容易造成渗透的聚合物不均匀。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种单体进入型陶瓷木的使用方法，采用本发明的实用方法，陶瓷木的防腐、防水、防蛀性能好，机械强度好，尺寸稳定，不容易干裂、翘曲，使得陶瓷木不容易变形、发霉，同时耐用，而且陶瓷木的里层和外层一致，易加工，不会挥发出有害物质，绿色环保，安全性高，实用性强，使用范围广，使用寿命长。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：单体进入型陶瓷木的使用方法，陶瓷木通过以下步骤制造而成。

(1)准备一个储存器，在储存器中加入苯乙酸酐和氢氧化钠，搅拌使两种原料混合均匀，然后加入水，再快速搅拌，使苯乙酸酐和氢氧化钠利用自身的放热发生反应，生成透明无色溶液。

(2)将木材放入到含有步骤(1)中生成的透明无色溶液的储存器中，常温下密封储存器10～24小时，让步骤(1)中生成的透明无色溶液进入到木材内，结束后取出木材。

(3)准备一个不锈钢储存器，在不锈钢储存器中加入乙醚溶剂，向乙醚溶剂加入氯化亚铜粉末，搅拌使氯化亚铜粉末完全溶解，然后再向氯化亚铜乙醚溶液中加入氯丙烯并混合均匀，将步骤(2)中取出的木材放入不锈钢储存器中，密封储存器，使木材在温度为55～60℃的环境中，浸泡5～10h，在木材内生成苯乙酸丙烯酯。

(4)将步骤(3)中的木材放入到链转移常数小于5的溶剂和引发剂的混合溶液中，在压力为2～4MPa、温度为30～50℃的环境中，木材浸泡8～10小时。

(5)取出木材，常温下，在木材内生成高分子聚合物，该高分子聚合物与木材纤维形成网状结构。

上述陶瓷木的使用方法为：在未在陶瓷木表面上涂覆涂料层的前提下直接使用。

进一步的，当表面陈旧或损伤时，直接对陶瓷木表面进行打磨。

进一步的，苯乙酸酐、氢氧化钠、氯化亚铜、氯丙烯和引发剂的重量百分比为：

进一步的，溶剂为氯仿、二氯甲烷、乙酸甲酯中的一种。

进一步的，所述的引发剂为过氧化苯甲酰。

木材是一种天然生长的有机材料，由高分子物质和低分子物质组成。构成木材细胞壁的主要物质是三种高聚物，三种高聚物分别为纤维素、半纤维素和木质素，占木材重量的97％-99％。

纤维素是由许多D一葡萄塘基通过l，4-β-甙键连接而成的线性天然高分子化合物，在木材细胞壁中起骨架作用，一般占木材组分的40％以上，在木材细胞中占50％左右。其化学性质和超分子结构对木材性质和加工性能有重要影响。

半纤维素是木材细胞壁中与纤维素紧密连接的物质，起粘结作用，主要由己糖、甘露糖、半乳塘、戊糖和阿拉伯耱等五种中性单糖组成，其分子链远比纤维素的短，并具有一定的分枝度。

木质素是由苯基丙烷单元组成的芳香族化合物，在细胞形成过程中，沉积在细胞壁中的最后一种高聚物，它们互相贯穿着纤维素，起强化细胞壁的作用。

基于上述结构，木材内具有很多的缝隙。

本发明的有益效果为：

(1)通过本发明的制造方法，在木材内，高分子聚合物填充了木材内的缝隙，并与木材纤维形成网状结构，改变了木材原有的内部结构，这种聚合物网状结构性能稳定，不易溶于水和有机溶剂，具有较好的热稳定性和化学稳定性，使得木材的防水、防霉、防腐、防蛀性能好，同时提高了木材的刚度和机械强度，因此，这种陶瓷木尺寸稳定性好，不容易干裂、翘曲；苯乙酸丙烯酯高分子聚合物结构稳定，无毒无害，不易挥发，所以制备的陶瓷木绿色环保，安全性高、实用性强；苯乙酸丙烯酯高分子聚合物与木材纤维形成的网状结构，所以陶瓷木弹性较好，易加工操作；由于高分子聚合物填充到木材内部而非表层，因此，陶瓷木的里层和外层一致，不会因外层材料被打磨掉后与内层陶瓷木不一样。基于上述理由，本发明的陶瓷木耐用、寿命长，利用率高。

(2)由于木材本身的结构，高分子聚合物难以进入木材内部，本发明在制造陶瓷木过程中，先让苯乙酸酐与氢氧化钠生成的苯乙酸钠先进入到木材内，再使氯化亚铜乙醚溶液和氯丙烯进入木材，在木材内形成苯乙酸丙烯酯单体，采用这种方式的理由是苯乙酸钠比苯乙酸丙烯酯更加容易进入到木材内，避免木材缝隙填充不完整的技术问题，另外，木材内具有羟基、酚羟基，苯乙酸丙烯酯容易与其发生共聚反应，因此，采用性能较为稳定的苯乙酸钠先进入木材中，在木材内形成苯乙酸丙烯酯。

(3)木材中形成苯乙酸丙烯酯的过程中，利用不锈钢封闭储存器是因为氯丙烯化学性质不稳定，容易被氧化或与活泼基团反应，所以需要用不锈钢存储器，并隔绝空气和水等。

(4)当在木材中形成了苯乙酸丙烯酯后，为了形成高分子聚合物，则加入溶剂和引发剂。苯乙酸丙烯酯在聚合反应过程中除链引发、链增长、链终止三个分数外还有链转移反应，如要形成高分子量的聚合物，应当减少发生链转移反应，在苯乙酸丙烯酯聚合反应中，由于RCH₂CHOCOCH₃的活性大，增长的活性链容易向溶剂，向单体以及向已经生成的聚合物大分子转移。对于向溶剂转移来说，参见下列反应式：

M_n+HA→M_nH+A

如果A.不活泼，不与单体反应，或反应速度很小，如果A.很活泼，易于单体发生反应，重新引起聚合反应，因此，控制链转移反应溶剂非常的重要，溶剂的选择包括用量和类型，而溶剂的用量有[AB]/[M]比值决定，根据公式

可以看出聚合度首先决定于溶剂的Cs，但也决定于所用的溶剂量，而在本发明中，要求获得聚合度较高的物质，因此，采用本发明的引发剂和用量。上述公式的DP为聚合度，DP₀为无溶剂存在条件下时聚合物平均聚合度，[AB]为溶剂浓度，[M]为单体浓度，Cs为引发剂链转移常数。

(5)过氧化苯甲酰含有过氧基(—O—O—)，在105℃受热后—O—O—键断裂，分裂成两个相应的自由基，从而引发单体聚合，温度太高，苯乙酸丙烯酯聚合的结晶度低，其耐热水性能差，因此，在本发明中采用加压、较低的聚合温度，其可提高聚合结晶度，提高耐热水性能。

基于上述方法制备的陶瓷木，陶瓷木的内外结构、刚度和强度会一致，其内外的防水性能、防腐性能、防蛀性能、防霉性能、安全性能和尺寸稳定性都得到了保证，因此，在不涂覆涂层的前提下可直接使用，而且当陶瓷木表面陈旧了，打磨后不影响陶瓷木的性能。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。

单体进入型陶瓷木的使用方法，陶瓷木通过以下步骤制造而成：

(1)准备一个储存器，在储存器中加入苯乙酸酐和氢氧化钠，搅拌使两种原料混合均匀，然后加入水，再快速搅拌，使苯乙酸酐和氢氧化钠利用自身的放热发生反应，生成透明无色溶液。

(2)将木材放入到含有步骤(1)中生成的透明无色溶液的储存器中，常温下密封储存器10～24小时，让步骤(1)中生成的透明无色溶液进入到木材内，结束后取出木材。

(3)准备一个不锈钢储存器，在不锈钢储存器中加入乙醚溶剂，向乙醚溶剂加入氯化亚铜粉末，搅拌使氯化亚铜粉末完全溶解，然后再向氯化亚铜乙醚溶液中加入氯丙烯并混合均匀，将步骤(2)中取出的木材放入不锈钢储存器中，密封储存器，使木材在温度为55～60℃的环境中，浸泡5～10h，在木材内生成苯乙酸丙烯酯。

(4)将步骤(3)中的木材放入到链转移常数小于5的溶剂和引发剂的混合溶液中，在压力为2～4MPa、温度为30～50℃的环境中，木材浸泡8～10小时。

(5)取出木材，常温下，在木材内生成高分子聚合物，该高分子聚合物与木材纤维形成网状结构。

溶剂为氯仿、二氯甲烷、乙酸甲酯中的一种。所述的引发剂为过氧化苯甲酰。

各实施例中原料的百分比用量如下：

原料	实施1	实施例2	实施例3
				苯乙酸酐	30％	35％	28％
氢氧化钠	25％	22％	24％
				氯化亚铜	1％	2％	1.5％
氯丙烯	42％	40％	45％
				引发剂	2％	1％	1.5％

木材是一种天然生长的有机材料，由高分子物质和低分子物质组成。构成木材细胞壁的主要物质是三种高聚物，三种高聚物分别为纤维素、半纤维素和木质素，占木材重量的97％-99％。

纤维素是由许多D一葡萄塘基通过l，4-β-甙键连接而成的线性天然高分子化合物，在木材细胞壁中起骨架作用，一般占木材组分的40％以上，在木材细胞中占50％左右。其化学性质和超分子结构对木材性质和加工性能有重要影响。

半纤维素是木材细胞壁中与纤维素紧密连接的物质，起粘结作用，主要由己糖、甘露糖、半乳塘、戊糖和阿拉伯耱等五种中性单糖组成，其分子链远比纤维素的短，并具有一定的分枝度。

木质素是由苯基丙烷单元组成的芳香族化合物，在细胞形成过程中，沉积在细胞壁中的最后一种高聚物，它们互相贯穿着纤维素，起强化细胞壁的作用。

基于上述结构，木材内具有很多的缝隙。

本发明的有益效果为：

(1)通过本发明的制造方法，在木材内，高分子聚合物填充了木材内的缝隙，并与木材纤维形成网状结构，改变了木材原有的内部结构，这种聚合物网状结构性能稳定，不易溶于水和有机溶剂，具有较好的热稳定性和化学稳定性，使得木材的防水、防霉、防腐、防蛀性能好，同时提高了木材的刚度和机械强度，因此，这种陶瓷木尺寸稳定性好，不容易干裂、翘曲；苯乙酸丙烯酯高分子聚合物结构稳定，无毒无害，不易挥发，所以制备的陶瓷木绿色环保，安全性高、实用性强；苯乙酸丙烯酯高分子聚合物与木材纤维形成的网状结构，所以陶瓷木弹性较好，易加工操作；由于高分子聚合物填充到木材内部而非表层，因此，陶瓷木的里层和外层一致，不会因外层材料被打磨掉后与内层陶瓷木不一样。基于上述理由，本发明的陶瓷木耐用、寿命长，利用率高。

(2)由于木材本身的结构，高分子聚合物难以进入木材内部，本发明在制造陶瓷木过程中，先让苯乙酸酐与氢氧化钠生成的苯乙酸钠先进入到木材内，再使氯化亚铜乙醚溶液和氯丙烯进入木材，在木材内形成苯乙酸丙烯酯单体，采用这种方式的理由是苯乙酸钠比苯乙酸丙烯酯更加容易进入到木材内，避免木材缝隙填充不完整的技术问题，另外，木材内具有羟基、酚羟基，苯乙酸丙烯酯容易与其发生共聚反应，因此，采用性能较为稳定的苯乙酸钠先进入木材中，在木材内形成苯乙酸丙烯酯。

反应式主要有

①苯乙酸酐与氢氧化钠反应生成苯乙酸钠

②苯乙酸钠与氯丙烯反应生成苯乙酸丙烯酯

③苯乙酸丙烯酯高分子聚合物的制备

(3)木材中形成苯乙酸丙烯酯的过程中，利用不锈钢封闭储存器是因为氯丙烯化学性质不稳定，容易被氧化或与活泼基团反应，所以需要用不锈钢存储器，并隔绝空气和水等。

(4)当在木材中形成了苯乙酸丙烯酯后，为了形成高分子聚合物，则加入溶剂和引发剂。苯乙酸丙烯酯在聚合反应过程中除链引发、链增长、链终止三个分数外还有链转移反应，如要形成高分子量的聚合物，应当减少发生链转移反应，在苯乙酸丙烯酯聚合反应中，由于RCH₂CHOCOCH₃的活性大，增长的活性链容易向溶剂，向单体以及向已经生成的聚合物大分子转移。对于向溶剂转移来说，参见下列反应式：

M_n+HA→M_nH+A

如果A.不活泼，不与单体反应，或反应速度很小，如果A.很活泼，易于单体发生反应，重新引起聚合反应，因此，控制链转移反应溶剂非常的重要，溶剂的选择包括用量和类型，而溶剂的用量有[AB]/[M]比值决定，根据公式

可以看出聚合度首先决定于溶剂的Cs，但也决定于所用的溶剂量，而在本发明中，要求获得聚合度较高的物质，因此，采用本发明的引发剂和用量。上述公式的DP为聚合度，DP₀为无溶剂存在条件下时聚合物平均聚合度，[AB]为溶剂浓度，[M]为单体浓度，Cs为引发剂链转移常数。

(5)过氧化苯甲酰含有过氧基(—O—O—)，在105℃受热后—O—O—键断裂，分裂成两个相应的自由基，从而引发单体聚合，温度太高，苯乙酸丙烯酯聚合的结晶度低，其耐热水性能差，因此，在本发明中采用加压、较低的聚合温度，其可提高聚合结晶度，提高耐热水性能。

基于上述方法制备的陶瓷木，陶瓷木的内外结构、刚度和强度会一致，其内外的防水性能、防腐性能、防蛀性能、防霉性能、安全性能和尺寸稳定性都得到了保证，因此，在不涂覆涂层的前提下可直接使用，而且当陶瓷木表面陈旧了，打磨后不影响陶瓷木的性能。

Claims (3)

1.一种单体进入型陶瓷木的使用方法，其特征在于陶瓷木通过以下步骤制造而成：

(1)准备一个储存器，在储存器中加入苯乙酸酐和氢氧化钠，搅拌使两种原料混合均匀，然后加入水，再快速搅拌，使苯乙酸酐和氢氧化钠利用自身的放热发生反应，生成透明无色溶液；

(2)将木材放入到含有步骤(1)中生成的透明无色溶液的储存器中，常温下密封储存器10～24小时，让步骤(1)中生成的透明无色溶液进入到木材内，结束后取出木材；

(3)准备一个不锈钢储存器，在不锈钢储存器中加入乙醚溶剂，向乙醚溶剂加入氯化亚铜粉末，搅拌使氯化亚铜粉末完全溶解，然后再向氯化亚铜乙醚溶液中加入氯丙烯并混合均匀，将步骤(2)中取出的木材放入不锈钢储存器中，密封储存器，使木材在温度为55～60℃的环境中，浸泡5～10h，在木材内生成苯乙酸丙烯酯；

(4)将步骤(3)中的木材放入到链转移常数小于5的溶剂和引发剂的混合溶液中，在压力为2～4MPa、温度为30～50℃的环境中，木材浸泡8～10小时；

(5)取出木材，常温下，在木材内生成高分子聚合物，该高分子聚合物与木材纤维形成网状结构；

上述陶瓷木的使用方法为：在未在陶瓷木表面上涂覆涂料层的前提下直接使用；

其中，苯乙酸酐、氢氧化钠、氯化亚铜、氯丙烯和引发剂的重量百分比为：

所述的引发剂为过氧化苯甲酰。

2.根据权利要求1所述的单体进入型陶瓷木的使用方法，其特征在于：当表面陈旧或损伤时，直接对陶瓷木表面进行打磨。

3.根据权利要求1所述的单体进入型陶瓷木的使用方法，其特征在于：溶剂为氯仿、二氯甲烷、乙酸甲酯中的一种。