CN112157766A - 一种松香基木材改性剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种松香基木材改性剂及其制备方法与应用，制备方法包括：步骤(1)：制备松香基丙烯酸酯，具体包括：1)将松香或松香衍生物溶解在第一溶剂中，加入甲基丙烯酸缩水甘油酯、缚酸剂和对苯二酚，反应至预定时间；2)将步骤1)中得到的反应产物冷却，水洗至少一次，干燥后去除第一溶剂，获得松香基丙烯酸酯；步骤(2)：将松香丙烯酸酯溶解在第二溶剂中，加入引发剂，配置成松香基木材改性剂。本发明提出的木材改性剂采用可再生资源松香作为主要成分，安全环保、无毒无污染，通过对木材浸渍处理，不但能赋予其良好的尺寸稳定性、疏水性、硬度，还能克服松香的易流失性。

Description

一种松香基木材改性剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于材料加工技术领域，具体来说是一种松香基木材改性剂及其制备方法与应用。
背景技术
木材及其制品广泛应用于室内装潢、家具制造、房屋建筑及外部装饰中，但其存在尺寸稳定性差、强度低、易腐朽等问题，影响了其制品使用寿命与用途，需要提高木材及其制品尺寸稳定性和强度。
目前，提高木材及其制品尺寸稳定性和强度的方法主要有物理改性和化学改性两类。物理改性主要是通过对木材及其制品进行浸渍改性以提高木材性能。例如：石蜡浸渍、树脂浸渍处理等。化学改性主要是通过与木材成分进行化学反应，进而提高木材及制品的性能，如乙酰化改性。然而，化石资源在改性剂中所占比例较高，具有不可再生性，也容易造成木材可降解性能的下降。同时，改性剂中存在的甲醛、苯酚等有机污染物在产品使用过程中会危害人体健康。因此，绿色环保、无毒无污染的木材改性剂的开发利用对木材行业的发展具有重要意义。
松香是我国丰富的天然可再生资源，具有成本低、疏水性、可反应性等特点，广泛应用于造纸、油墨、胶黏剂、涂料、医药和农药等的生产上。将其应用于木材改性领域，可赋予木材较好的疏水性和强度，且保持木材的可再生性。但松香熔点较低，在木材内易流失，限制了其在木材改性中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种松香基木材改性剂及其制备方法与应用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种松香基木材改性剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：制备松香基丙烯酸酯，具体包括：1)将松香或松香衍生物溶解在第一溶剂中，加入甲基丙烯酸缩水甘油酯、缚酸剂和对苯二酚，反应至预定时间；
2)将步骤1)中得到的反应产物冷却，水洗至少一次，干燥后去除第一溶剂，获得松香基丙烯酸酯；
步骤(2)：将松香丙烯酸酯溶解在第二溶剂中，加入引发剂，配置成松香基木材改性剂。
进一步地，所述步骤(1)中的松香衍生物包括：马来松香、氢化松香、歧化松香、丙烯酸松香、脱氢枞酸、左旋海松酸、马来海松酸、异海松酸中的一种或多种。
进一步地，所述步骤1)具体包括：将松香或松香衍生物溶解在第一溶剂中，加入甲基丙烯酸缩水甘油酯、缚酸剂和对苯二酚，在氮气保护下，80-150℃条件下反应6-12h，所述第一溶剂为甲苯、二甲苯、四氢呋喃、石油醚中的一种或多种。
进一步地，所述步骤2)具体包括：将步骤1)中得到的反应产物冷却至室温，水洗1-3次，干燥后旋蒸去除第一溶剂，获得松香基丙烯酸酯。
进一步地，所述步骤(2)中的第二溶剂包括：吡啶、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙酸乙酯中的一种或多种。
进一步地，所述步骤(2)中的引发剂包括：过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯中的一种或多种。
进一步地，所述松香或松香衍生物与甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比为2：1～2：5。
一种松香基木材改性剂，含有如下重量百分比的各原料：松香基丙烯酸酯5％～50％，引发剂0.5％～3％，第二溶剂62％～94.5％，所述松香基木材改性剂是根据上述的制备方法得到。
一种提高木材物理力学性能的方法，将木材浸泡于上述的松香基木材改性剂中，取出木材后干燥固化。
进一步地，将木材浸泡于权利要求8中的松香基木材改性剂中，在0.08～0.095MPa真空条件下浸渍处理20-60min，再于常压下浸渍120-720min；取出木材在80～140℃下固化8-24h。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)本发明提出的木材改性剂采用可再生资源松香作为主要成分，安全环保、无毒无污染；
(2)用本发明改性剂处理木材，不但能赋予其良好的尺寸稳定性、疏水性和硬度，还能克服松香的易流失性；
(3)本发明改性剂的制备方法和处理工艺简单，利于工业化推广。
附图说明
图1为实施例1制得的松香丙烯酸酯碳-13核磁共振检测结果图。
图2为实施例1制得的松香丙烯酸酯差示扫描量热测试结果图。
图3为实施例4浸渍处理材横切面微观结构图。
图4为实施例4浸渍处理材纵切面微观结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中，若无特别说明，所使用的方法均为本领域常规的方法。为对比实施例与对比例的性能，以下实施例所用木材均为杨木，引发剂为偶氮二异丁腈，但不限制木材为杨木，常见针叶材，如杉木、马尾松等，常见阔叶材，如榉木、桦木等均可。
实施例1
松香基木材改性剂的制备方法与应用，包括如下步骤：
1)将松香溶解在甲苯中，加入甲基丙烯酸缩水甘油酯、缚酸剂和对苯二酚，在氮气保护下，120℃条件下反应7h。松香与甲基丙烯酸缩水甘油酯摩尔比为1:1。
2)将反应产物冷却至室温，水洗3次，干燥后旋蒸去除溶剂，获得松香基丙烯酸酯。
3)将松香丙烯酸酯溶解在吡啶中，加入1％偶氮二异丁腈，配置成15％松香基木材改性剂。
4)将杨木试件浸泡于改性剂中，在0.08MPa真空条件下对试件进行浸渍处理30min，随后常压浸渍10小时，取出试件在120℃烘10h，在乙醇抽提处理6h，最后在103℃条件下烘至绝干。
实施例1合成的松香基丙烯酸酯的化学测试：
松香基丙烯酸酯的碳-13核磁共振图谱如图1所示。从图中可看出，合成的松香基丙烯酸酯在178ppm处出现酯键的特征峰，并在126和136ppm处出现了碳碳双键的特征峰，表明松香基丙烯酸酯的成功合成。而利用差示扫描量热仪对合成的松香基丙烯酸酯进行反应动力学测试，如图2所示，在114.2℃出现了较强的放热峰，表明发生了自由基聚合反应。
实施例2
松香基丙烯酸酯制备方法同实施例1。
随后将松香丙烯酸酯溶解在吡啶中，加入1％偶氮二异丁腈，配置成30％松香基木材改性剂。
将杨木试件浸泡于改性剂中，在0.08MPa真空条件下对试件进行浸渍处理30min，随后常压浸渍10小时，取出试件在120℃烘10h，在乙醇抽提处理6h，最后在103℃条件下烘至绝干。
实施例3
松香基木材改性剂的制备方法与应用，包括如下步骤：
1)将松香溶解在甲苯中，加入甲基丙烯酸缩水甘油酯、缚酸剂和对苯二酚，在氮气保护下，120℃条件下反应7h。松香与甲基丙烯酸缩水甘油酯摩尔比为1:2。
2)将反应产物冷却至室温，水洗3次，干燥后旋蒸去除溶剂，获得松香基丙烯酸酯。
3)将松香丙烯酸酯溶解在吡啶中，加入1％偶氮二异丁腈，配置成15％松香基木材改性剂。
4)将杨木试件浸泡改性剂中，在0.08MPa真空条件下对试件进行浸渍处理30min，随后常压浸渍10小时，取出试件在120℃烘10h，在乙醇抽提处理6h，最后在103℃条件下烘至绝干。
实施例4
松香基木材改性剂制备方法，包括如下步骤：
松香基丙烯酸酯制备方法同实施例3。随后将松香丙烯酸酯溶解在吡啶中，加入1％偶氮二异丁腈，配置成30％松香基木材改性剂。
将杨木试件浸泡改性剂中，在0.08MPa真空条件下对试件进行浸渍处理30min，随后常压浸渍10小时，取出试件在120℃烘10h，在乙醇抽提处理6h，最后在103℃条件下烘至绝干。
实施例4的改性试件的微观结构观测：
改性试件微观结构观测如图3和4所示。由图可以看出，在木材细胞腔内填充有大量树脂状物质，而在腔壁上也附着有块状填充物，这表明松香基丙烯酸酯在木材结构内发生了聚合并填充木材孔隙。
对比例1
本对比例涉及一种松香基木材改性剂，将松香溶解在吡啶中，配置成15％松香基木材改性剂。
将杨木试件浸泡改性剂中，在0.08MPa真空条件下对试件进行浸渍处理30min，随后常压浸渍10小时，取出试件在120℃烘10h，在乙醇抽提处理6h，最后在103℃条件下烘至绝干。
对比例2
本对比例涉及一种松香基木材改性剂，将松香溶解在吡啶中，配置成30％松香基木材改性剂。
将杨木试件浸泡改性剂中，在0.08MPa真空条件下对试件进行浸渍处理30min，随后常压浸渍10小时，取出试件在120℃烘10h，在乙醇抽提处理6h，最后在103℃条件下烘至绝干。
对比例3
未处理木材，103℃干燥至绝干。
实验例
1、将实施例1～4和对比例1～3试件于常温蒸馏水中浸泡48h，测其质量和尺寸。随后103℃干燥至绝干，记录质量。
2、各项指标计算和检测
1)增重率(WPG)测试。计算公式如下：
Figure BDA0002646911640000051
其中，W2为改性后试件绝干重量，W1为未改性试件绝干重量。
2)尺寸稳定性(ASE)测试。计算公式如下：
Figure BDA0002646911640000052
其中，St为改性试件体积变化率，Su为未改性试件体积变化率。
3)吸水性测试。计算公式如下：
Figure BDA0002646911640000061
其中：W3为试件吸水或吸湿重量，W2为试件改性后绝干重量。
4)硬度测试。利用邵氏硬度计测试试件表面硬度。
测试结果见表1。
表1
组别 增重率(％) ASE(％) 吸水率(％) 硬度(ShoreD)
实施例1 18.9 19.9 75.1 60.0
实施例2 25.5 35.9 69.0 62.8
实施例3 24.6 30.2 72.4 62.4
实施例4 32.8 48.2 55.6 65.4
对比例1 5.5 7.6 91.3 55.4
对比例2 7.9 10.4 88.2 56.1
对比例3 — — 108.5 51.8
实验结果表明，利用本发明松香基改性剂处理木材，表现出良好的尺寸稳定性、抗吸水性和硬度，并显著提高松香的耐流失性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界。

Claims (10)

1.一种松香基木材改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：制备松香基丙烯酸酯，具体包括：1)将松香或松香衍生物溶解在第一溶剂中，加入甲基丙烯酸缩水甘油酯、缚酸剂和对苯二酚，反应至预定时间；
2)将步骤1)中得到的反应产物冷却，水洗至少一次，干燥后去除第一溶剂，获得松香基丙烯酸酯；
步骤(2)：将松香丙烯酸酯溶解在第二溶剂中，加入引发剂，配置成松香基木材改性剂。
2.根据权利要求1所述的松香基木材改性剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的松香衍生物包括：马来松香、氢化松香、歧化松香、丙烯酸松香、脱氢枞酸、左旋海松酸、马来海松酸、异海松酸中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的松香基木材改性剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：将松香或松香衍生物溶解在第一溶剂中，加入甲基丙烯酸缩水甘油酯、缚酸剂和对苯二酚，在氮气保护下，80-150℃条件下反应6-12h，所述第一溶剂为甲苯、二甲苯、四氢呋喃、石油醚中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的松香基木材改性剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：将步骤1)中得到的反应产物冷却至室温，水洗1-3次，干燥后旋蒸去除第一溶剂，获得松香基丙烯酸酯。
5.根据权利要求1-4任一项所述的松香基木材改性剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的第二溶剂包括：吡啶、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙酸乙酯中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的松香基木材改性剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的引发剂包括：过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的松香基木材改性剂的制备方法，其特征在于，所述松香或松香衍生物与甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比为2：1～2：5。
8.一种松香基木材改性剂，其特征在于，含有如下重量百分比的各原料：松香基丙烯酸酯5％～50％，引发剂0.5％～3％，第二溶剂62％～94.5％，所述松香基木材改性剂是根据权利要求5或6所述的制备方法得到。
9.一种提高木材物理力学性能的方法，其特征在于，将木材浸泡于权利要求8中的松香基木材改性剂中，取出木材后干燥固化。
10.根据权利要求9所述的提高木材物理力学性能的方法，其特征在于，将木材浸泡于权利要求8中的松香基木材改性剂中，在0.08～0.095MPa真空条件下浸渍处理20-60min，再于常压下浸渍120-720min；取出木材在80～140℃下固化8-24h。
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