CN113305956B - 一种木材改性剂组合物、一种木材物理力学性能提升的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于木材性能提升技术领域，尤其涉及一种木材改性剂组合物、一种木材物理力学性能提升的方法。本发明提供了的木材改性剂组合物，包括独立分装的亲水活性体系和反应活性体系；所述亲水活性体系包括亲水环氧单体和极性溶剂、或亲水烯基单体、催化剂和极性溶剂；所述反应活性体系包括反应环氧单体和固化剂、或反应烯基单体和引发剂。本发明提供的木材改性剂组合物制得的改性木材的尺寸稳定性与力学性能显著提升。

Description

一种木材改性剂组合物、一种木材物理力学性能提升的方法
技术领域
本发明属于木材性能提升技术领域，尤其涉及一种木材改性剂组合物、一种木材物理力学性能提升的方法。
背景技术
木材是一种可再生的低碳材料。它已广泛应用于建筑和家具制造领域。我国人工林木材资源丰富，但人工林木材存在结构疏松、孔隙率高、密度低导致的力学性能差的缺陷，一定程度上制约了其应用范围。木材化学改性被认为是解决这些问题的重要方法。
化学改性通过向木材中浸渍化学药剂，并使药剂在木材中聚合，从而改变木材的物理力学性能。然而木材是由木质素、纤维素以及半纤维素组成的高分子复合体，这些物质反应活性较低，进入木材的大部分化学药剂难以直接与上述三大素发生反应。除此之外，木材是一种极性材料，而木材化学改性中形成的聚合物多具有非极性特点，如中国专利CN103568088A公布了一种甲基丙烯酸甲酯在木材中本体聚合制备玻璃化木材的方法，聚合物与细胞壁的界面结合较差，难以充分发挥聚合物对木材的改性作用。
通过对木材中的羟基基团进行乙酰化处理，提高木材的疏水性，可以改善疏水性聚合物与细胞壁的界面亲和性，如中国专利CN101954662A公布了一种利用有机单体充胀接枝细胞壁与聚合填充细胞腔联合改性木材的方法，以此提高木材的力学性能，但该技术中的酰化处理主要是提升木材疏水性，因此该专利中仍存在聚合物与细胞壁的界面结合差，不能充分发挥聚合物对木材力学性能的改性作用，同时该酰化改性中需要使用丙酮或四氢呋喃等有机有毒溶剂，对于绿色工业应用不利。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种木材改性剂组合物，本发明提供的木材改性剂组合物实现了木材尺寸稳定性与力学性能的同步提升。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种木材改性剂组合物，包括独立分装的亲水活性体系和反应活性体系；
所述亲水活性体系包括亲水环氧单体和极性溶剂、或亲水烯基单体、催化剂和极性溶剂；
所述反应活性体系包括反应环氧单体和固化剂、或反应烯基单体和引发剂。
优选的，所述亲水环氧单体包括脂肪族多元醇缩水甘油醚、双酚A缩水甘油醚和多元胺类缩水甘油醚中的一种或多种；
包括亲水环氧单体和极性溶剂的亲水活性体系中亲水环氧单体的质量百分含量为5～40％。
优选的，所述亲水烯基单体包括甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟基丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺中的一种或多种；
所述催化剂包括柠檬酸、氯化镁、氯化铝、H2O2/氯化钙和过硫酸铵中的一种或多种；
所述亲水烯基单体和催化剂的质量比为100:(0.5～1)；
包括亲水烯基单体、催化剂和极性溶剂的亲水活性体系中亲水烯基单体的质量百分含量为5～40％。
优选的，所述极性溶剂为水和/或低级醇。
优选的，所述反应环氧单体包括双酚A缩水甘油醚、脂肪族多元醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、正丁基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚，苯基缩水甘油醚和甲基丙烯酸缩水甘油醚中的一种或多种；
所述固化剂包括酸酐类固化剂或环氧胺类固化剂；
所述反应环氧单体和酸酐类固化剂物质的量之比为(0.5～1):1；
所述反应环氧单体和环氧胺类固化剂物质的量之比为(1～8):1。
优选的，所述反应烯基单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油醚，烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸二甲氨乙酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯氰、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酰胺、异丁基乙烯醚、烯丙基氯和对氯苯乙烯中的一种或多种；
所述引发剂包括偶氮二异丁氰和/或过氧化苯甲酰；
所述反应烯基单体和引发剂的质量比为100:(0.5～1)。
本发明提供了一种木材物理力学性能提升的方法的方法，包括以下步骤：
使用上述技术方案所述木材改性剂组合物中的亲水活性体系对木材进行活化，得到第一处理木材，
使用上述技术方案所述木材改性剂组合物中的反应活性体系对所述第一处理木材进行改性。
优选的，所述活化包括：将木材第一浸渍入所述亲水活性体系中，对得到的第一浸渍木材进行第一热处理；
所述第一热处理的温度为60～100℃，所述第一热处理的时间为4～10h。
优选的，所述改性包括：将所述第一处理木材第二浸渍入所述反应活性体系中，对得到的第二浸渍木材进行第二热处理；
所述第二热处理包括依次进行低温热处理和高温热处理；
所述低温热处理的温度50～80℃，所述低温热处理的时间为4～8h；
所述高温热处理的温度为90～140℃；所述高温热处理的时间为2～16h。
优选的，所述第一浸渍包括：依次进行第一真空浸渍和第一加压浸渍；所述第二浸渍包括：依次进行第二真空浸渍和第二加压浸渍；
所述第一真空浸渍和第二真空浸渍的真空度独立为-1～-0.5MPa，所述第一真空浸渍和第二真空浸渍的时间独立为0.4～1h；
所述第一加压浸渍和第二加压浸渍的压强独立为0.8～1.2MPa，所述第一加压浸渍和第二加压浸渍的时间独立为2～4h。
本发明提供了一种木材改性剂组合物，包括独立分装的亲水活性体系和反应活性体系；所述亲水活性体系包括亲水环氧单体和极性溶剂、或亲水烯基单体、催化剂和极性溶剂；所述反应活性体系包括反应环氧单体和固化剂、或反应烯基单体和引发剂。在本发明中，亲水活性体系不仅能够润胀木材细胞壁，且能够与组成木材细胞壁的木质素、纤维素以及半纤维素的活性官能团(-OH、-COOH或-CHO)发生接枝反应，从而在木材细胞壁上接枝活性官能团(环氧基或双键)，提高了木材细胞壁的反应活性；所述反应活性体系能够与润胀后且接枝了活性官能团的木材细胞壁发生聚合反应，在木材细胞壁原位生成聚合物，从而显著改善聚合反应生成的聚合物与细胞壁的界面相容性，能够使聚合物与细胞壁形成牢固的化学结合界面，且能够保持活化对木材细胞壁的溶胀作用，最终形成了聚合物对细胞壁增厚加固的微观结构。本发明提供的木材改性剂组合物制得的改性木材的尺寸稳定性与力学性能显著提升，由实施例的结果表明，本发明提供的木材改性剂组合物得到的改性木材尺寸稳定性为55.7～71.8％，抗弯强度为85.6～147.3MPa，抗弯模量为8.9～12.3GPa，抗压强度为90.5～132.5MPa，木材的物理力学性能得到显著提升。
附图说明
图1为本发明实施例未处理木材的扫描电镜图；
图2为经过亲水性活性单体处理液浸渍和第一活化后改性木材的扫描电镜图；
图3为本发明对比例2直接进行反应活性单体聚合处理改性木材的扫描电镜图；
图4为本发明实施例1提供的方法得到的改性木材的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明提供了一种木材改性剂组合物，包括独立分装的亲水活性体系和反应活性体系；
所述亲水活性体系包括亲水环氧单体和极性溶剂、或亲水烯基单体、催化剂和极性溶剂；
所述反应活性体系包括反应环氧单体和固化剂、或反应烯基单体和引发剂。
在本发明中，若无特殊说明，所用原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
本发明提供的木材改性剂组合物，包括独立分装亲水活性体系，所述亲水活性体系包括亲水环氧单体和极性溶剂、或亲水烯基单体、催化剂和极性溶剂。
在本发明中，所述亲水活性体系包括亲水环氧单体和极性溶剂；在本发明中，所述亲水环氧单体优选包括脂肪族多元醇缩水甘油醚、双酚A缩水甘油醚和多元胺类缩水甘油醚中的一种或多种，所述脂肪族多元醇缩水甘油醚优选包括1,4-丁二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中的一种或多种，在本发明中，所述多元胺类缩水甘油醚优选包括三缩水甘油基-P-氨基苯酚、三缩水甘油基三聚异氰酸酯、四缩水甘油基二甲苯二胺和四缩水甘油基-1,3-双氨基甲基环己烷中的一种或多种；在本发明中，所述亲水环氧单体更优选包括1,4-丁二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚和三缩水甘油基三聚异氰酸酯中的一种或多种，在本发明的具体实施例中，所述亲水环氧单体为1,4-丁二醇二缩水甘油醚；在本发明中，当所述环氧单体优选为上述物质中的两种以上时，本发明对上述具体物质的质量配比没有特殊要求。
在本发明中，所述极性溶剂优选为水和/或低级醇，所述低级醇优选为乙醇，在本发明中，所述极性溶剂优选为水和/或乙醇，更优选为水、或水和乙醇的混合溶剂，在本发明中，所述水和乙醇的混溶溶剂中，所述水和乙醇的体积比优选为(1～5):1，更优选为1:1。
在本发明中，所述极性溶剂优选为水和/或低级醇时避免了丙酮、四氢呋喃等有毒溶剂的使用，相比于传统木材改性剂具有良好的环保性。
在本发明中，包括亲水环氧单体和极性溶剂的亲水活性体系中亲水环氧单体的质量百分含量优选为5～40％，更优选为10～35％，最优选为20～32％。
在本发明中，所述亲水活性体系包括亲水烯基单体、催化剂和极性溶剂；在本发明中，所述亲水烯基单体包括甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟基丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺中的一种或多种，更优选包括甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、N-羟基丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺中的一种或多种，最优选包括甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、N-羟基丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺中的一种或多种，在本发明的具体实施例中，所述亲水乙烯单体优选为N-羟基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯和N-羟基丙烯酰胺混合物、N-羟基丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺混合物；所述甲基丙烯酸羟乙酯和N-羟基丙烯酰胺的质量比为4:1；所述N-羟基丙烯酰胺与N-异丙基丙烯酰胺的质量比为1:1。
在本发明中，所述催化剂优选包括柠檬酸、氯化镁、氯化铝、H2O2/氯化钙和过硫酸铵中的一种或多种，更优选包括柠檬酸、氯化镁、H2O2/氯化钙和过硫酸铵中的一种或多种，在本发明中的具体实施例中，所述催化剂优选为H2O2/氯化钙，在本发明中，所述H2O2优选以双氧水的形式使用，在本发明中，所述双氧水的质量浓度优选为30％，所述H2O2/氯化钙体系中双氧水和氯化钙的质量比优选为1:1；在本发明中，当所述催化剂优选为上述物质中的两种以上时，本发明对上述具体物质的质量配比没有特殊要求。
在本发明的具体实施例中，当所述亲水烯基单体优选为N-羟基丙烯酰胺、或甲基丙烯酸羟乙酯和N-羟基丙烯酰胺时，所述催化剂优选为H2O2和氯化钙。
在本发明中，所述极性溶剂的种类和保护范围优选与上文中记载的极性溶剂相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述亲水乙烯单体和催化剂的质量比优选为100:(0.5～1)，更优选为100:0.8。在本发明中，包括亲水烯基单体、催化剂和极性溶剂的亲水活性体系中亲水烯基单体的质量百分含量优选为5～40％，更优选为10～35％，最优选为20～32％。
本发明对所述亲水活性体系的配制方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的配制溶液的方法进行即可。
本发明提供了一种木材改性剂组合物，包括与上述技术方案所述的亲水活性体系独立分装的反应活性体系；在本发明中，所述反应活性体系包括反应环氧单体和固化剂、或反应烯基单体和引发剂。
在本发明中，所述反应活性体系包括反应环氧单体和固化剂；在本发明中，所述反应环氧单体优选包括双酚A缩水甘油醚、脂肪族多元醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、正丁基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚，苯基缩水甘油醚和甲基丙烯酸缩水甘油醚中的一种或多种，所述脂肪族多元醇缩水甘油醚优选包括1,4-丁二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚和丙三醇三缩水甘油醚中的一种或多种；在本发明中，所述反应环氧单体更优选包括1,4-丁二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚正丁基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚，苯基缩水甘油醚和甲基丙烯酸缩水甘油醚中的一种或多种；在本发明的具体实施例中，所述反应环氧单体优选为1,4-丁二醇二缩水甘油醚、或三羟甲基丙烷三缩水甘油醚和1,4-丁二醇二缩水甘油醚的混合物，所述三羟甲基丙烷三缩水甘油醚和1,4-丁二醇二缩水甘油醚的混合物的物质的量之比为1:1。
在本发明中，所述固化剂优选包括酸酐类固化剂或环氧胺类固化剂，所述酸酐类固化剂优选包括邻苯二甲酸酐、六氢苯二甲酸酐、四氢苯二酸酐、甲基六氢苯二酸酐、戊二酸酐、纳迪克酸酐、甲基纳迪克酸酐和桐油酸酐中的一种或多种，所述甲基六氢苯二酸酐优选为甲基六氢邻苯二酸酐，所述纳迪克酸酐优选为甲基纳迪克酸酐；所述环氧胺类固化剂优选包括间苯二胺、二氨基二苯基甲烷、异佛尔酮二胺和二氨基二苯砜中的一种或多种，在本发明中，所述固化剂更优选包括甲基六氢邻苯二酸酐、甲基纳迪克酸酐、间苯二胺和异佛尔酮二胺中的一种或多种；在本发明的具体实施例中，所述酸酐类固化剂优选为优选为甲基六氢苯二酸酐或甲基纳迪克酸酐，所述胺类固化剂优选为异佛尔酮二胺。
在本发明中，所述反应环氧单体和酸酐类固化剂物质的量之比优选为(0.5～1):1，更优选为(0.6～0.8):1；所述反应环氧单体和环氧胺类固化剂物质的量之比优选为(1～8):1，更优选为(2～4):1。
在本发明中的具体实施例中，当所述反应环氧单体优选为1,4-丁二醇二缩水甘油醚时，所述固化剂优选为甲基六氢邻苯二酸酐或甲基纳迪克酸酐；所述1,4-丁二醇二缩水甘油醚和甲基六氢邻苯二酸酐的物质的量之比为0.8:1；所述1,4-丁二醇二缩水甘油醚和甲基纳迪克酸酐的物质的量之比为0.8:1。当所述反应环氧单体为优选1,4-丁二醇二缩水甘油醚时，所述固化剂优选为异佛尔酮二胺，所述1,4-丁二醇二缩水甘油醚和异佛尔酮二胺的物质的量之比为2:1。
在本发明中，所述反应活性体系包括反应烯基单体和引发剂；在本发明中，所述反应烯基单体优选为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油醚，烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸二甲氨乙酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯氰、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酰胺、异丁基乙烯醚、烯丙基氯和对氯苯乙烯中的一种或多种，更优选为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或多种；在本发明的具体实施例中，所述反应环氧单体优选为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、或甲基丙烯酸甲酯和聚乙二醇二丙烯酸酯混合物，所述甲基丙烯酸甲酯和聚乙二醇二丙烯酸酯混合物中甲基丙烯酸甲酯和聚乙二醇二丙烯酸酯的物质的量之比为1：1。
当所述反应乙烯单体优选为上述物质中的两种以上时，本发明对上述具体物质的质量配比没有特殊要求。
在本发明中，所述引发剂优选包括偶氮二异丁氰和/或过氧化苯甲酰，更优选为偶氮二异丁氰。
在本发明中，所述反应乙烯单体和引发剂的质量比优选为100:(0.5～1)，更优选为100:(0.6～0.8)。
在本发明中的具体实施例中，当所述反应环氧单体优选为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、或甲基丙烯酸甲酯和聚乙二醇二丙烯酸酯混合物时，所述引发剂为偶氮二异丁氰，所述反应环氧单体与偶氮二异丁氰的质量比为100:0.8。
本发明对所述反应活性体系的配置方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的配置溶液的方法进行即可。
本发明提供了一种木材物理力学性能提升的方法，包括以下步骤：
使用上述技术方案所述木材改性剂组合物中的亲水活性体系对木材进行活化，得到第一处理木材，
使用上述技术方案所述木材改性剂组合物中的反应活性体系对所述第一处理木材进行改性。
本发明提供的木材物理力学性能提升的方法，使用上述技术方案所述木材改性剂组合物中的亲水活性体系对木材进行活化，得到第一处理木材。
本发明对所述木材的来源和种类没有特殊要求，在本发明的具体实施例中，所用木材为10年生速生杨木。
本发明优选对所述木材进行前处理，在本发明中，所述前处理优选包括干燥，本发明对所述干燥的具体实施过程没有特殊要求，在本发明中，所述前处理后，木材的含水率优选≤30％。
在本发明中，所述活化优选包括：将木材第一浸渍入所述亲水活性体系，对得到的第一浸渍木材进行第一热处理。
在本发明中，所述第一浸渍优选包括依次进行第一真空浸渍和第一加压浸渍；所述第一真空浸渍的真空度优选为-1～-0.5MPa，更优选为-1MPa；所述第一真空浸渍的时间优选为0.4～1h，更优选为0.5～0.8h；所述第一加压浸渍的压强优选为0.8～1.2MPa，更优选为0.9～1.1MPa，所述第一加压浸渍的时间优选为2～4h，更优选为2.5～3.5h。本发明对所述第一真空浸渍和第一加压浸渍的具体实体实施过程没有特殊要求。
本发明通过第一浸渍将所述亲水活性体系中的亲水环氧单体或亲水烯基单体输送至所述木材的细胞壁中，对木材细胞壁进行溶胀。
本发明优选对所述第一浸渍的木材进行后处理，得到所述第一浸渍木材。在本发明中，所述后处理优选包括去除第一浸渍的木材表面多余的亲水活性体系后将第一浸渍的木材进行陈放，在本发明中，所述去除第一浸渍的木材表面多余的亲水活性体系的方式优选为擦除，所述陈放的温度优选为室温，所述陈放的时间优选为12～48h，更优先为24h。本发明通过陈放能够使所述所述亲水活性体系中的亲水环氧单体或亲水烯基单体在木材细胞壁中风分布更加均匀。
本发明对得到的第一浸渍木材进行第一热处理，得到第一处理木材。
在本发明中，所述第一热处理的温度优选为60～100℃，更优选为65～85℃；所述第一热处理的时间优选为4～10h，更优选为5～8h。
本发明优选对所述第一热处理后的木材进行后处理，得到所述第一处理木材；在本发明中，所述后处理优选为干燥，在本发明中，所述干燥的温度优选为101～105℃，更优选为103℃；本发明对所述干燥的时间没有特殊要求，将所述第一活化后的木材干燥至恒重即可，本发明对所述干燥的具体实施过程没有特殊要求。
在本发明中，所述第一热处理时所述亲水环氧单体或亲水烯基单体与组成木材细胞壁的木质素、纤维素以及半纤维素的活性官能团发生接枝反应，在木材细胞壁上接枝活性基团(环氧基或双键)，提高了木材细胞壁的反应活性。
得到第一处理木材后，本发明使用上述技术方案所述木材改性剂组合物中的反应活性体系对所述第一处理木材进行改性。
在本发明中，所述改性优选包括：将所述第一处理木材第二浸渍入所述反应活性体系，对得到的第二浸渍木材进行第二热处理。
在本发明中，所述第二浸渍优选包括依次进行第二真空浸渍和第二加压浸渍；所述第二真空浸渍的真空度优选为-1～-0.5MPa，更优选为-1MPa；所述第二真空浸渍的时间优选为0.4～1h，更优选为0.5～0.8h；所述第二加压浸渍的压强优选为0.8～1.2MPa，更优选为0.9～1.1MPa，所述加压浸渍的时间优选为2～4h，更优选为2.5～3.5h。本发明对所述第二真空浸渍和第二加压浸渍的具体实体实施过程没有特殊要求。
本发明优选对所述第二浸渍的木材进行后处理，得到所述第二浸渍木材。
在本发明中，当所述反应活性体系包括反应环氧单体和固化剂时，所述后处理优选包括去除第二浸渍的木材表面多余的反应活性体系后将第二浸渍的木材进行陈放，在本发明中，所述去除浸渍木材表面多余的反应活性体系的方式优选与上文记载的相同，再次不在赘述，所述陈放的温度优选为室温，所述陈放的时间优选为12～48h，更优先为24h。本发明通过陈放能够使所述反应环氧单体更加充分的进入木材细胞腔中。
在本发明中，当所述反应活性体系包括反应烯基单体和引发剂时，所述后处理优选包括去除第二浸渍的木材表面多余的反应活性体系后，将第二浸渍的木材包裹处理后，将第二浸渍的木材进行陈放，在本发明中，所述去除第二浸渍木材表面多余的反应活性体系的方式优选与上文记载的相同，再次不在赘述，所述包裹处理优选用锡纸包裹处理；所述陈放的温度优选为室温，所述陈放的时间优选为12～48h，更优先为24h。本发明通过陈放能够使反应烯基单体更加充分的进入木材细胞腔中。
本发明对得到的第二浸渍木材进行第二热处理。
在本发明中，所述第二热处理优选包括依次进行低温热处理和高温热处理，所述低温热处理的温度优选为50～80℃，更优选为55～70℃；所述低温活化的时间优选为4～8h，更优选为4.5～7h；所述高温热处理的温度优选为90～140℃，更优选为100～120℃；所述高温热处理的时间优选为2～16h，更优选为6～15h。
本发明优选对所述第二热处理的木材进行后处理，得到改性木材；在本发明中，所述后处理优选为干燥，在本发明中，所述干燥的温度优选为101～105℃，更优选为103℃；本发明对所述干燥的时间没有特殊要求，将所述第二热处理的木材干燥至恒重即可，本发明对所述干燥的具体实施过程没有特殊要求。
在本发明中，所述第二热处理时反应活性单体与木材细胞壁上接枝活性基团(环氧基或双键)发生聚合反应，反应活性单体和木材细胞壁上接枝活性官能团(环氧基或双键)发生聚合反应，显著改善了聚合物与细胞壁的界面相容性，能够使聚合物与细胞壁形成牢固的化学结合界面，且能够保持活化对木材细胞壁的溶胀作用，最终形成了聚合对细胞壁增厚加固的微观结构。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
配置32％浓度甲基丙烯酸羟乙酯与8％浓度N-羟基丙烯酰胺的混合水溶液，并加入基于单体质量2％的双氧水/氯化钙作为催化剂作为亲水活性体系；
将10年生速生杨木样品(电镜照片如图1所示)浸入亲水活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的溶液，室温陈放一天；得到第一浸渍木材；
将第一浸渍木材直接放入烘箱中，在80℃下加热6h进行第一热处理后，在103℃下加热木材至恒重，得到第一处理木材(电镜照片如图2所示)；
在苯乙烯液体中加入基于单体质量0.8％的偶氮二异丁氰作为引发剂得到反应活性体系；将第一处理木材浸入反应活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的改性液，用锡纸包覆样品，并在室温条件下陈放一天，得到第二浸渍木材；
将第二浸渍木材放入烘箱中，现在70℃下加热4h，在120℃下固化12h，最后去掉锡纸，在103℃下干燥木材至恒重，得到改性木材。
实施例1制备的改性木材的电镜照片如图4所示，测试改性木材的抗弯强度，抗弯模量，抗压强度，药剂流失率，吸水率以及抗体积膨胀率(ASE)，结果列于表1。
实施例2
配置20％浓度N-羟基丙烯酰胺的水溶液，并加入基于单体质量2％的双氧水/氯化钙作为催化剂作为亲水活性体系；
将10年生速生杨木样品(电镜照片如图1所示)浸入作为亲水活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的溶液，室温陈放一天；得到第一浸渍木材；
将第一浸渍木材直接放入烘箱中，在80℃下加热6h进行第一活化后，在103℃下加热木材至恒重，得到第一处理木材(电镜照片与图2相似)；
在甲基丙烯酸甲酯液体中加入基于单体质量0.8％的偶氮二异丁氰作为引发剂得到反应活性体系；将第一处理木材浸入反应活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的改性液，用锡纸包覆样品，并在室温条件下陈放一天，得到第二浸渍木材；
将第二浸渍木材放入烘箱中，现在70℃下加热4h，在120℃下固化12h，最后去掉锡纸，在103℃下干燥木材至恒重，得到改性木材。
测试实施例2制备的改性木材的抗弯强度，抗弯模量，抗压强度，药剂流失率，吸水率以及抗体积膨胀率(ASE)，结果列于表1。
实施例3
配置20％浓度N-异丙基丙烯酰胺的水溶液，并加入基于单体质量2％的双氧水/氯化钙作为催化剂作为亲水活性体系；
将10年生速生杨木样品(电镜照片如图1所示)浸入作为亲水活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的溶液，室温陈放一天；得到第一浸渍木材；
将第一浸渍木材直接放入烘箱中，在80℃下加热6h进行第一活化后，在103℃下加热木材至恒重，得到第一处理木材(电镜照片与图2相似)；
在甲基丙烯酸甲酯液体中加入基于单体质量0.8％的偶氮二异丁氰作为引发剂得到反应活性体系；将第一处理木材浸入反应活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的改性液，用锡纸包覆样品，并在室温条件下陈放一天，得到第二浸渍木材；
将第二浸渍木材放入烘箱中，现在70℃下加热4h，在120℃下固化12h，最后去掉锡纸，在103℃下干燥木材至恒重，得到改性木材。
测试实施例3制备的改性木材的抗弯强度，抗弯模量，抗压强度，药剂流失率，吸水率以及抗体积膨胀率(ASE)，结果列于表1。
实施例4
配置20％浓度N-羟基丙烯酰胺与N-异丙基丙烯酰胺的混合水溶液(质量比1：1)，并加入基于单体质量2％的双氧水/氯化钙作为催化剂作为亲水活性体系；
将10年生速生杨木样品(电镜照片如图1所示)浸入作为亲水活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的溶液，室温陈放一天；得到第一浸渍木材；
将第一浸渍木材直接放入烘箱中，在80℃下加热6h进行第一活化后，在103℃下加热木材至恒重，得到第一处理木材(电镜照片与图2相似)；
在甲基丙烯酸甲酯液体中加入基于单体质量0.8％的偶氮二异丁氰作为引发剂得到反应活性体系；将第一处理木材浸入反应活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的改性液，用锡纸包覆样品，并在室温条件下陈放一天，得到第二浸渍木材；
将第二浸渍木材放入烘箱中，现在70℃下加热4h，在120℃下固化12h，最后去掉锡纸，在103℃下干燥木材至恒重，得到改性木材。
测试实施例4制备的改性木材的的抗弯强度，抗弯模量，抗压强度，药剂流失率，吸水率以及抗体积膨胀率(ASE)，结果列于表1。
实施例5
配置20％浓度N-羟基丙烯酰胺的水溶液，并加入基于单体质量2％的双氧水/氯化钙作为催化剂作为亲水活性体系；
将10年生速生杨木样品(电镜照片如图1所示)浸入作为亲水活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的溶液，室温陈放一天；得到第一浸渍木材；
将第一浸渍木材直接放入烘箱中，在80℃下加热6h进行第一活化后，在103℃下加热木材至恒重，得到第一处理木材(电镜照片与图2相似)；
在乙二醇二甲基丙烯酸酯液体中加入基于单体质量0.8％的偶氮二异丁氰作为引发剂得到反应活性体系；将第一处理木材浸入反应活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的改性液，用锡纸包覆样品，并在室温条件下陈放一天，得到第二浸渍木材；
将第二浸渍木材放入烘箱中，现在70℃下加热4h，在120℃下固化12h，最后去掉锡纸，在103℃下干燥木材至恒重，得到改性木材。
测试实施例5制备的改性木材的抗弯强度，抗弯模量，抗压强度，药剂流失率，吸水率以及抗体积膨胀率(ASE)，结果列于表1。
实施例6
配置20％浓度N-羟基丙烯酰胺的水溶液，并加入基于单体质量2％的氯化镁作为催化剂作为亲水活性体系；
将10年生速生杨木样品(电镜照片如图1所示)浸入作为亲水活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的溶液，室温陈放一天；得到第一浸渍木材；
将第一浸渍木材直接放入烘箱中，在80℃下加热6h进行第一活化后，在103℃下加热木材至恒重，得到第一处理木材(电镜照片与图2相似)；
在甲基丙烯酸甲酯与聚乙二醇二丙烯酸酯混合液体(单体摩尔比为1：1)中加入基于单体质量0.8％的偶氮二异丁氰作为引发剂得到反应活性体系；将第一处理木材浸入反应活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的改性液，用锡纸包覆样品，并在室温条件下陈放一天，得到第二浸渍木材；
将第二浸渍木材放入烘箱中，现在70℃下加热4h，在120℃下固化12h，最后去掉锡纸，在103℃下干燥木材至恒重，得到改性木材。
测试实施例6制备的改性木材的抗弯强度，抗弯模量，抗压强度，药剂流失率，吸水率以及抗体积膨胀率(ASE)，结果列于表1。
实施例7
配置配置20％浓度1，4-丁二醇二缩水甘油醚的水/乙醇(水与乙醇的体积比为1：1)溶液作为亲水活性体系；
将10年生速生杨木样品(电镜照片如图1所示)浸入作为亲水活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的溶液，室温陈放一天；得到第一浸渍木材；
将第一浸渍木材直接放入烘箱中，在80℃下加热6h进行第一活化后，在103℃下加热木材至恒重，得到第一处理木材(电镜照片与图2相似)；
配置1，4-丁二醇二缩水甘油醚与甲基六氢邻苯二甲酸酐(摩尔比为0.8：1)的混合液体得到反应活性体系；将第一处理木材浸入反应活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的改性液，并在室温条件下陈放一天，得到第二浸渍木材；
将第二浸渍木材放入烘箱中，现在80℃加热6h，在120℃固化12h，在103℃干燥木材至恒重，得到改性木材。
测试实施例7制备的改性木材的抗弯强度，抗弯模量，抗压强度，药剂流失率，吸水率以及抗体积膨胀率(ASE)，结果列于表1。
实施例8
配置20％浓度1，4-丁二醇二缩水甘油醚的水/乙醇(水与乙醇的体积比为1：1)溶液作为亲水活性体系；
将10年生速生杨木样品(电镜照片如图1所示)浸入作为亲水活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的溶液，室温陈放一天；得到第一浸渍木材；
将第一浸渍木材直接放入烘箱中，在80℃下加热6h进行第一活化后，在103℃下加热木材至恒重，得到第一处理木材(电镜照片与图2相似)；
配置1,4-丁二醇二缩水甘油醚与甲基纳迪克酸酐(摩尔比为0.8：1)的混合液体得到反应活性体系；将第一处理木材浸入反应活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍4h。浸渍完成后擦干试样表面的改性液，并在室温条件下陈放一天，得到第二浸渍木材；
将第二浸渍木材放入烘箱中，现在80℃下加热4h，在120℃下固化12h，在103℃下干燥木材至恒重，得到改性木材。
测试实施例8制备的改性木材的抗弯强度，抗弯模量，抗压强度，药剂流失率，吸水率以及抗体积膨胀率(ASE)，结果列于表1。
实施例9
配置20％浓度丙三醇三缩水甘油醚的水/乙醇(水与乙醇的体积比为1：1)溶液作为亲水活性体系；
将10年生速生杨木样品(电镜照片如图1所示)浸入作为亲水活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的溶液，室温陈放一天；得到第一浸渍木材；
将第一浸渍木材直接放入烘箱中，在80℃下加热6h进行第一活化后，在103℃下加热木材至恒重，得到第一处理木材(电镜照片与图2相似)；
配置1,4-丁二醇二缩水甘油醚与甲基纳迪克酸酐(摩尔比为0.8：1)的混合液体得到反应活性体系；将第一处理木材浸入反应活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍4h。浸渍完成后擦干试样表面的改性液，并在室温条件下陈放一天，得到第二浸渍木材；
将第二浸渍木材放入烘箱中，现在80℃下加热4h，在120℃下固化12h，在103℃下干燥木材至恒重，得到改性木材。
测试实施例9制备的改性木材的抗弯强度，抗弯模量，抗压强度，药剂流失率，吸水率以及抗体积膨胀率(ASE)，结果列于表1。
实施例10
配置20％浓度丙三醇三缩水甘油醚的水/乙醇(水与乙醇的体积比为1：1)溶液作为亲水活性体系；
将10年生速生杨木样品(电镜照片如图1所示)浸入作为亲水活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的溶液，室温陈放一天；得到第一浸渍木材；
将第一浸渍木材直接放入烘箱中，在80℃下加热6h进行第一活化后，在103℃下加热木材至恒重，得到第一处理木材(电镜照片与图2相似)；
配置三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚与甲基纳迪克酸酐(摩尔比为0.4：0.4：1)的混合液体得到反应活性体系；将第一处理木材浸入反应活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍4h。浸渍完成后擦干试样表面的改性液，并在室温条件下陈放一天，得到第二浸渍木材；
将第二浸渍木材放入烘箱中，现在80℃下加热4h，在120℃下固化12h，在103℃下干燥木材至恒重，得到改性木材。
测试实施例10制备的改性木材的抗弯强度，抗弯模量，抗压强度，药剂流失率，吸水率以及抗体积膨胀率(ASE)，结果列于表1。
实施例11
配置20％浓度1，4-丁二醇二缩水甘油醚的水/乙醇(水与乙醇的体积比为1：1)溶液作为亲水活性体系；
将10年生速生杨木样品(电镜照片如图1所示)浸入作为亲水活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的溶液，室温陈放一天；得到第一浸渍木材；
将第一浸渍木材直接放入烘箱中，在80℃下加热6h进行第一活化后，在103℃下加热木材至恒重，得到第一处理木材(电镜照片与图2相似)；
配置1,4-丁二醇二缩水甘油醚与异佛尔酮二胺(摩尔比为2：1)的混合液体得到反应活性体系；将第一处理木材浸入反应活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的改性液，并在室温条件下陈放一天，得到第二浸渍木材；
将第二浸渍木材放入烘箱中，现在60℃加热6h，在120℃固化6h，在103℃干燥木材至恒重，得到改性木材。
测试实施例11制备的改性木材的抗弯强度，抗弯模量，抗压强度，药剂流失率，吸水率以及抗体积膨胀率(ASE)，结果列于表1。
对比例1
未处理的十年生速生杨木样品(电镜照片如图1所示)，直接测试木材的抗弯强度，抗弯模量，抗压强度，吸水率以及抗体积膨胀率(ASE)，结果列与表1。
对比例2
配置32％浓度甲基丙烯酸羟乙酯与8％浓度N-羟基丙烯酰胺的混合水溶液，并加入基于单体质量2％的双氧水/氯化钙作为催化剂作为亲水活性体系；
将10年生速生杨木样品(电镜照片如图1所示)浸入作为亲水活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的溶液，室温陈放一天；得到第一浸渍木材；
将第一浸渍木材直接放入烘箱中，在80℃下加热6h进行第一活化后，在103℃下加热木材至恒重，得到第一处理木材(电镜照片如图2所示)；
测试第一处理木材的抗弯强度，抗弯模量，抗压强度，药剂流失率，吸水率以及抗体积膨胀率(ASE)，结果列与表1。
对比例3
在苯乙烯液体中加入基于单体质量0.8％的偶氮二异丁氰作为引发剂得到反应活性体系；将10年生速生杨木样品(电镜照片如图1所示)浸入反应活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的改性液，用锡纸包覆样品，并在室温条件下陈放一天，得到第二浸渍木材；
将第二浸渍木材放入烘箱中，现在70℃下加热4h，在120℃下固化12h，最后去掉锡纸，在103℃下干燥木材至恒重，得到改性木材。
测试对比例3制备的改性木材的抗弯强度，抗弯模量，抗压强度，药剂流失率，吸水率以及抗体积膨胀率(ASE)，结果列于表1。
对比例4
配置配置20％浓度1，4-丁二醇二缩水甘油醚的水/乙醇(水与乙醇的体积比为1：1)溶液作为亲水活性体系；
将10年生速生杨木样品(电镜照片如图1所示)浸入作为亲水活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的溶液，室温陈放一天；得到第一浸渍木材；
将第一浸渍木材直接放入烘箱中，在80℃下加热6h进行第一活化后，在103℃下加热木材至恒重，得到第一处理木材(电镜照片与图2相似)；
测试对比例4制备的改性木材的抗弯强度，抗弯模量，抗压强度，药剂流失率，吸水率以及抗体积膨胀率(ASE)，结果列于表1。
对比例5
配置1，4-丁二醇二缩水甘油醚与甲基六氢邻苯二甲酸酐(摩尔比为0.8：1)的混合液体得到反应活性体系；将10年生速生杨木样品(电镜照片如图1所示)浸入反应活性体系中，在-1MPa下真空浸渍30min后，在1MPa下加压浸渍2h。浸渍完成后擦干试样表面的改性液，并在室温条件下陈放一天，得到第二浸渍木材；
将第二浸渍木材放入烘箱中，现在80℃加热6h，在120℃固化12h，在103℃干燥木材至恒重，得到改性木材。
测试对比例5制备的改性木材的抗弯强度，抗弯模量，抗压强度，药剂流失率，吸水率以及抗体积膨胀率(ASE)，结果列于表1。
测试例1
对实施例1～11和对比例1～5的产品进行性能测试，结果列于表1，抗弯强度的测试标准为：GB_T 1936-1-2009，抗弯模量的测试标准为：GB_T 1936-2-2009，抗压强度的测试标准为：GB15777，药剂流失率，吸水率测试标准：GB/T 1934.1-2009以及抗体积膨胀率(ASE)测试标准：LY_T 2490-2015。
由表1的数据可以得出，本发明通过两步改性法显著改善了聚合物与细胞壁的界面相容性，能够使聚合物与细胞壁形成牢固的化学结合界面，最终形成了聚合对细胞壁增厚加固的微观结构，制得的改性木材的尺寸稳定性与力学性能显著提升，改性木材尺寸稳定性为55.7～71.8％，抗弯强度为85.6～147.3MPa，抗弯模量为8.9～12.3GPa，抗压强度为90.5～132.5MPa。
表1实施例1～11、对比例1～5制备的样品测量结果
Figure BDA0003107613560000191
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种木材物理力学性能提升的方法，其特征在于，包括以下步骤：
使用木材改性剂组合物中的亲水活性体系对木材进行活化，得到第一处理木材，所述活化包括：将木材第一浸渍入所述亲水活性体系中，对得到的第一浸渍木材进行第一热处理；
使用木材改性剂组合物中的反应活性体系对所述第一处理木材进行改性，所述改性包括：将所述第一处理木材第二浸渍入所述反应活性体系中，对得到的第二浸渍木材进行第二热处理；
所述木材改性剂组合物，包括独立分装的亲水活性体系和反应活性体系；
所述亲水活性体系为亲水环氧单体和极性溶剂、或所述亲水活性体系为亲水烯基单体、催化剂和极性溶剂；所述亲水环氧单体包括脂肪族多元醇缩水甘油醚、双酚A缩水甘油醚和多元胺类缩水甘油醚中的一种或多种；所述亲水烯基单体包括甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟基丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺中的一种或多种；
所述反应活性体系为反应环氧单体和固化剂、或所述反应活性体系为反应烯基单体和引发剂；所述反应环氧单体包括双酚A缩水甘油醚、脂肪族多元醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、正丁基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚，苯基缩水甘油醚和甲基丙烯酸缩水甘油醚中的一种或多种；所述反应烯基单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油醚，烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸二甲氨乙酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯氰、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酰胺、异丁基乙烯醚、烯丙基氯和对氯苯乙烯中的一种或多种；
所述亲水活性体系为亲水环氧单体和极性溶剂式时，所述反应活性体系为反应环氧单体和固化剂；
所述所述亲水活性体系为亲水烯基单体、催化剂和极性溶剂时，所述反应活性体系为反应烯基单体和引发剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括亲水环氧单体和极性溶剂的亲水活性体系中亲水环氧单体的质量百分含量为5~40%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂包括柠檬酸、氯化镁、氯化铝、H2O2/氯化钙和过硫酸铵中的一种或多种；
所述亲水烯基单体和催化剂的质量比为100:(0.5~1)；
包括亲水烯基单体、催化剂和极性溶剂的亲水活性体系中亲水烯基单体的质量百分含量为5~40%。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述极性溶剂为水和/或低级醇。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固化剂包括酸酐类固化剂或环氧胺类固化剂；
所述反应环氧单体和酸酐类固化剂物质的量之比为(0.5~1):1；
所述反应环氧单体和环氧胺类固化剂物质的量之比为(1~8):1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引发剂包括偶氮二异丁氰和/或过氧化苯甲酰；
所述反应烯基单体和引发剂的质量比为100:(0.5~1)。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一热处理的温度为60~100℃，所述第一热处理的时间为4~10h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二热处理包括依次进行低温热处理和高温热处理；
所述低温热处理的温度50~80℃，所述低温热处理的时间为4~8h；
所述高温热处理的温度为90~140℃；所述高温热处理的时间为2~16h。
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