CN113696291A - 轻度糠醇改性协同密实化处理提升木材性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轻度糠醇改性协同密实化处理提升木材性能的方法,包括:1)真空浸渍处理:将绝干处理后的木材置于糠醇改性溶液中真空浸渍;2)涂饰预聚合糠醇树脂:将使用后的浸渍液加热得到预聚合的糠醇树脂,涂饰在浸渍改性木材表面,室温常压静置;3)低温密实化处理:低温热压改性木材,干燥至绝干。优点:充分利用低分子糠醇浸渍与再利用的高分子糠醇树脂涂饰的优势,减少改性剂的消耗,提升木材的综合性能,降低糠醇改性对木材韧性的负面影响,促进密实化木材的变形固定。密实化处理则可以辅助提升木材的物理力学性质,并帮助解决糠醇改性引起的韧性降低的问题,显著提升木材抗冲击韧性、抗弯强度、拉伸强度及防水、阻湿性能。
Description
技术领域
本发明是一种轻度糠醇改性协同密实化处理提升木材性能的方法,属于木材改性与加工技术领域。
背景技术
木材凭借其天然可再生性、强重比高、易于加工成型、纹理色调美观、固碳性能等优势在人类的生产与生活中应用广泛,在社会可持续发展的建设中发挥着重要作用。然而随着全球各国天然森林禁伐或限伐等政策的颁布,速生木材以其生长速度快、轮伐周期短等优势受到重视。然而速生木材质软、密度低、易开裂变形等,物理力学性能较差,其应用与发展受到限制。
糠醇改性以来源于丰富农业剩余物(如甘蔗渣、玉米芯、秸秆等)的糠醇为改性剂,改性木材的尺寸稳定性、疏水性、抗压强度及抗生物劣化性等性能大幅提升,且改性材低毒对环境影响较小,受到行业重视,在欧洲部分国家及美国等已实现工业化。
但是糠醇改性对木材的抗弯强度及弹性模量等无明显提升效果。此外,改性材的抗冲击韧性大幅下降。韧性的下降会增加木材作为结构材料应用的危险系数,从而限制了糠醇改性木材的应用范围。因此,提升糠醇改性材的韧性并保持糠醇改性的其他优势具有重要意义。另外,在实际应用中,糠醇分子可能随着储存时间的延长会发生预聚合而影响改性,甚至造成糠醇的浪费。而使用过的糠醇浸渍液的净化处理及排放可能会提高生产成本,增加环境负担。
因此,开发能够提升糠醇改性木材韧性等力学性能且能充分发挥糠醇改性优势同时能够减轻环境负担的改性方法,对于实现糠醇改性速生木材的高值化应用以及行业的可持续发展具有重要意义。
发明内容
为解决现有的技术问题,本发明的目的在于提供一种基于糠醇改性的可以显著提升木材抗冲击韧性、抗弯强度、拉伸强度及防水、阻湿性能的协同改性木材的方法。
本发明的技术解决方案:轻度糠醇改性协同密实化处理提升木材力学性能的方法,包括如下步骤:
1)真空浸渍处理:将绝干处理后的木材进行真空处理,引入糠醇改性溶液,在真空条件下实现浸渍;
2)涂饰预聚合糠醇树脂:将步骤1)中的浸渍液在一定温度下预聚得到糠醇树脂,涂饰在浸渍改性木材表面,室温常压下静置;
3)密实化处理:低温热压改性木材,干燥至绝干。
所述步骤1)真空浸渍处理具体为:首先对木材进行绝干处理,之后配置包含10wt%糠醇、1%-2 wt%催化剂、2 wt%缓冲剂的改性浸渍溶液,磁力搅拌至获得pH为2-5、均一淡黄色澄清溶液;将木材置于配置好的改性浸渍溶液中真空浸渍,至改性剂在木材细胞中分布均匀。
所述催化剂优选为马来酸酐,也可为柠檬酸、草酸、酒石酸中的一种或多种混合,所述缓冲剂优选为四硼酸钠,也可为碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠中的一种或多种混合;所述真空浸渍具体方法为将木材置于-0.08 MPa - -0.1 MPa 的真空环境中处理0.5 h,利用环境负压吸入配好的改性浸渍溶液,之后在-0.08 MPa - -0.1 MPa 下进行1-2 h的后真空处理,取出试材擦净表面多余试剂,用保鲜膜进行包裹静置48h。
所述步骤2)涂饰预聚合糠醇树脂具体为:将步骤1)使用过的改性浸渍溶液置于80-120 ℃下加速糠醇树脂预聚合以模拟实际使用过程中因存放时间较久而发生预聚合的糠醇树脂,直到液体黏度为1000-1500 mPa.s,将预聚合的糠醇树脂均匀涂饰在浸渍改性后的木材表面,于室温常压下静置24 h,促进内部溶液在细胞中的均匀分布,加强表面与内部糠醇分子间的相互作用。
所述预聚合糠醇树脂的数均分子量与重均分子量分别为1200-1500 g.mol-1 and3500-4000 g.mol-1,所述糠醇树脂涂饰量为0.8-1.2 g. cm-2。
所述步骤3)密实化处理具体为:在温度为101-105℃、压力为1 MPa的条件下热压4-6 h,至木材压缩率为50%,压缩后的木材烘干至绝干。所述烘干具体方法为利用铝箔将改性后的木材进行充分包裹后转移到温度为101-105℃的鼓风干燥箱中固化3 h,去掉铝箔后将试材置于温度为60℃和80℃的鼓风干燥箱中分别保持2 h;之后101-105下烘至绝干。
所述木材为阔叶材,如青杨、毛白杨、桦木等,也包括针叶材,如美国南方松、欧洲赤松、马尾松。
本发明的有益效果:
1)本发明通过轻度糠醇改性复合密实化处理木材的协同改性方式,综合利用糠醇改性与密实化处理的优势,提升了速生木材的拉伸强度、抗弯强度以及抗冲击韧性,并提升了木材的防水性与阻湿性,有利于提升低质速生木材的使用价值与使用寿命,拓展其应用范围,减轻木材供需矛盾,促进行业的可持续发展。
2)本发明充分利用低浓度的低分子糠醇浸渍与再利用的高分子糠醇树脂涂饰的优势,减少改性剂的消耗,降低改性剂使用成本,减轻环境负担,提升木材的综合性能,降低糠醇改性对木材韧性的负面影响,促进密实化木材的变形固定。
3)本发明采用低温密实化处理可以加速糠醇树脂固化,促进木材表面与内部糠醇树脂分子间的界面互相作用,辅助提升木材的物理力学性质,并解决糠醇改性引起的韧性降低的问题。
附图说明
附图1是对比例1、2及实施例1、2、3的抗弯强度与弹性模量示意图。
附图2是对比例1、2及实施例1、2、3的拉伸强度示意图。
附图3是对比例1、2及实施例1、2、3的抗冲击韧性示意图。
附图4是对比例1、2及实施例1、2、3的吸水性与动态水分变化示意图。
具体实施方式
糠醇改性木材的尺寸稳定性、疏水性、抗压强度及抗生物劣化性等性能大幅提升,但是糠醇改性对木材的抗弯强度及弹性模量等无明显提升效果,还会使得改性材的抗冲击韧性大幅下降。在对糠醇改性木材的研究过程中发现,糠醇改性木材韧性等力学性能降低的原因主要由以下几点:(1)糠醇聚合形成糠醇树脂,分子间交联密度较高,自由度降低,且形成空间位阻效应,使糠醇树脂本身具有较高的脆性,其在木材细胞及空隙中分布会促使发生应力集中,加速裂纹扩展,降低改性木材的韧性。(2)糠醇树脂在木材空隙中的聚合会降低受力时木材空隙的缓冲作用。(3)糠醇改性的酸性环境会导致半纤维素等木材组分的降解,从而进一步降低木材的韧性等力学性能。
木材密实化处理是一种有效增强木材物理力学性能的方式。经过密实化处理,木材密度增大,其韧性、杨氏模量、表面硬度、尺寸稳定性等均有所提升。此外,糠醇是一种制备胶黏剂的有效成分,糠醇树脂在木材多级结构间的分子交联作用、糠醇改性引起的木材细胞壁的润胀以及羟基可及度的降低等也有利于解决压缩木材变形固定的问题。
本发明提出一种轻度糠醇改性协同密实化处理提升木材力学性能的方法,首先对木材进行绝干处理,之后采用真空浸渍法处理木材:基于质量比,配置包含10%糠醇,1%-2%催化剂,2%缓冲剂的改性浸渍溶液,利用磁力搅拌,直至获得均一淡黄色澄清溶液,溶液pH为2-5。其中糠醇作为主要改性剂,马来酸酐、柠檬酸、草酸、酒石酸中的一种或多种混合为催化剂,四硼酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠中的一种或多种混合为缓冲剂。将试材置于-0.08 MPa - -0.1 MPa的真空环境中处理0.5 h后,利用环境负压吸入配好的浸渍溶液,之后进行后真空-0.08 MPa - -0.1 MPa 处理1-2 h后,取出试材擦净表面多余试剂,用保鲜膜进行包裹静置48h,促进改性剂在木材细胞中的均匀分布。
将上述使用过的浸渍液置于80-120 ℃下加速糠醇树脂预聚合以模拟实际使用过程中因存放时间较久而发生预聚合的糠醇树脂,直到液体黏度达到1000-1500 mPa.s左右,预聚合糠醇树脂的数均分子量与重均分子量分别为1200-1500 g.mol-1 and 3500-4000g.mol-1。将预聚合的糠醇树脂均匀涂饰在浸渍改性木材表面(约1.0-1.2 g. cm-2),于室温常压下静置24 h,促进内部溶液在细胞中的均匀分布,加强表面与内部糠醇分子间的相互作用。
然后在温度为101-105℃、压力为1 MPa的条件下热压4-6 h,压缩率为50%。为避免在高温固化过程糠醇的过度挥发,利用铝箔将改性木材进行充分包裹后转移到温度为101-105°C的鼓风干燥箱中进行固化3 h后,迅速去掉铝箔后将试材置于温度为60 °C和80 °C的鼓风干燥箱中分别保持2 h。之后在温度为101-105°C的条件下将试材烘至绝干。
本发明提出轻度糠醇改性复合密实化处理木材的协同改性方式,旨在综合利用糠醇改性与密实化处理的优势,解决彼此面临的问题,优化改性效果。轻度糠醇改性是通过低浓度的糠醇溶液浸渍与预聚合糠醇树脂的表面涂饰实现。一方面充分利用低分子糠醇浸渍与再利用的高分子预聚合糠醇树脂涂饰的优势,减少改性剂的消耗,提升木材的综合性能,降低糠醇改性对木材韧性的负面影响,促进密实化木材的变形固定。而密实化处理则可以辅助提升木材的物理力学性质,并帮助解决糠醇改性引起的韧性降低的问题。
下面结合附图对本发明技术方案的示例做进一步说明.
对比例1:
未处理木材,103(±2)℃条件下干燥至绝干,制备各种尺寸的物理力学测试试件。
对比例2:
配置包含10%糠醇,1%马来酸酐,2%四硼酸钠的改性浸渍溶液,利用磁力搅拌,直至获得均一淡黄色澄清溶液,溶液pH为4-5。其中糠醇作为主要改性剂,马来酸酐为催化剂,四硼酸钠为缓冲剂。将试材置于-0.08 MPa - -0.1 MPa 的真空环境中处理0.5 h后,利用环境负压吸入配好的浸渍溶液,之后进行后真空-0.08 MPa - -0.1 MPa 处理1-2 h后,取出试材擦净表面多余试剂,用保鲜膜进行包裹静置48h,促进改性剂在木材细胞中的均匀分布。为避免在高温固化过程糠醇的过度挥发,利用铝箔将改性木材进行充分包裹后转移到温度为103(±2)°C的鼓风干燥箱中进行固化3 h后,迅速去掉铝箔后将试材置于温度为60°C和80 °C的鼓风干燥箱中分别保持2 h。之后在温度为103(±2)°C的条件下将试材烘至绝干,获得糠醇改性材,制备各种尺寸的物理力学测试试件。
实施例1:
采用真空浸渍法处理木材:基于质量比,配置包含10%糠醇,2%马来酸酐,2%四硼酸钠的改性浸渍溶液,利用磁力搅拌,直至获得均一淡黄色澄清溶液,溶液pH为2-3。其中糠醇作为主要改性剂,马来酸酐为催化剂,四硼酸钠为缓冲剂。将试材置于-0.08 MPa - -0.1MPa 的真空环境中处理0.5 h后,利用环境负压吸入配好的浸渍溶液,之后进行后真空-0.08 MPa - -0.1 MPa 处理1-2 h后,取出试材擦净表面多余试剂,用保鲜膜进行包裹静置48h,促进改性剂在木材细胞中的均匀分布。
将上述使用过的浸渍液置于80-120 ℃下加速糠醇树脂预聚合以模拟实际使用过程中或使用后因存放时间较久而发生预聚合的糠醇树脂,直到液体黏度达到1000-1500mPa.s左右,预聚合糠醇树脂的数均分子量与重均分子量分别为1200-1500 g.mol-1 and3500-4000 g.mol-1。将预聚合的糠醇树脂均匀涂饰在浸渍改性木材表面(约0.8-1.2 g.cm-2),于室温常压下静置24 h,促进内部溶液在细胞中的均匀分布,加强表面与内部糠醇分子间的相互作用。
然后在温度为103(±2)℃、压力为1 MPa的条件下热压4 h,压缩率为50%。为避免在高温固化过程糠醇的过度挥发,利用铝箔将改性木材进行充分包裹后转移到温度为103°C的鼓风干燥箱中进行固化3 h后,迅速去掉铝箔后将试材置于温度为60 °C和80 °C的鼓风干燥箱中分别保持2 h。之后在温度为103(±2)°C的条件下将试材烘至绝干。
实施例2:
采用真空浸渍法处理木材:基于质量比,配置包含10%糠醇,1%马来酸酐,2%四硼酸钠的改性浸渍溶液,利用磁力搅拌,直至获得均一淡黄色澄清溶液,溶液pH为4-5。其中糠醇作为主要改性剂,马来酸酐为催化剂,四硼酸钠为缓冲剂。将试材置于-0.08 MPa - -0.1MPa 的真空环境中处理0.5 h后,利用环境负压吸入配好的浸渍溶液,之后进行后真空-0.1MPa处理1-2 h后,取出试材擦净表面多余试剂,用保鲜膜进行包裹静置48h,促进改性剂在木材细胞中的均匀分布。
将上述使用过的浸渍液置于80-120 ℃下加速糠醇树脂预聚合以模拟实际使用过程中因存放时间较久而发生预聚合的糠醇树脂,直到液体黏度达到1000-1500 mPa.s左右,预聚合糠醇树脂的数均分子量与重均分子量分别为1200-1500 g.mol-1 and 3500-4000g.mol-1。将预聚合的糠醇树脂均匀涂饰在浸渍改性木材表面(约0.8-1.2 g. cm-2),于室温常压下静置24 h,促进内部溶液在细胞中的均匀分布,加强表面与内部糠醇分子间的相互作用。
然后在温度为103(±2)℃、压力为1 MPa的条件下热压4 h,压缩率为50%。为避免在高温固化过程糠醇的过度挥发,利用铝箔将改性木材进行充分包裹后转移到温度为103°C的鼓风干燥箱中进行固化3 h后,迅速去掉铝箔后将试材置于温度为60 °C和80 °C的鼓风干燥箱中分别保持2 h。之后在温度为103(±2)°C的条件下将试材烘至绝干。
实施例3:
采用真空浸渍法处理木材:基于质量比,配置包含10%糠醇,1%马来酸酐,2%四硼酸钠的改性浸渍溶液,利用磁力搅拌,直至获得均一淡黄色澄清溶液,溶液pH为4-5。其中糠醇作为主要改性剂,马来酸酐为催化剂,四硼酸钠为缓冲剂。将试材置于-0.08 MPa - -0.1MPa 的真空环境中处理0.5 h后,利用环境负压吸入配好的浸渍溶液,之后进行后真空-0.08 MPa - -0.1 MPa 处理1-2 h后,取出试材擦净表面多余试剂,用保鲜膜进行包裹静置48h,促进改性剂在木材细胞中的均匀分布。
将上述使用过的浸渍液置于80-120 ℃下加速糠醇树脂预聚合以模拟实际使用过程中因存放时间较久而发生预聚合的糠醇树脂,直到液体黏度达到1000-1500 mPa.s左右,预聚合糠醇树脂的数均分子量与重均分子量分别为1200-1500 g.mol-1 and 3500-4000g.mol-1。将预聚合的糠醇树脂均匀涂饰在浸渍改性木材表面(约0.8-1.2 g. cm-2),于室温常压下静置24 h,促进内部溶液在细胞中的均匀分布,加强表面与内部糠醇分子间的相互作用。
然后在温度为103(±2)℃、压力为1 MPa的条件下热压6 h,压缩率为50%。为避免在高温固化过程糠醇的过度挥发,利用铝箔将改性木材进行充分包裹后转移到温度为103(±2)°C的鼓风干燥箱中进行固化3 h后,迅速去掉铝箔后将试材置于温度为60 °C和80 °C的鼓风干燥箱中分别保持2 h。之后在温度为103 °C的条件下将试材烘至绝干。
经过不同的处理,对比例1、2及实施例1、2、3的增重率与密度如表1所示,经过协同改性处理,木材重量增加,密度增大,且高于单独糠醇改性材(对比例2)。实施例1木材的增重率及密度高于实施例2与3,这主要是由于实施例1改性过程中pH较低,更有利于糠醇树脂的固化所致。实施例2与3中改性木材的增重率及密度相近。
表 1 对比例1、2及实施例1、2、3的增重率与密度
a重复试验的平均值 (标准偏差)
根据标准ASTM D4761-19对试材的抗弯性能进行三点弯曲测试,速度设置为1mm/min,试材的轴向与弦向长度分别为120 mm与10 mm。图1展示了对比例1、2及实施例1、2、3中木材的抗弯强度与弹性模量,可以发现,该条件下的糠醇改性对木材的抗弯强度与弹性模量具有一定的增强作用,而复合密实化处理后,木材的抗弯强度及弹性模量大幅提升。其中实施例1的抗弯强度与弹性模量相对较低,这主要是由于其改性条件酸性较强,木材组分如半纤维素的降解所致。实施例2与3的抗弯强度与弹性模量相近,与对比例1相比提升超过2.6倍。这主要归因于协同改性后木材密度增大,糠醇树脂分子在木材中发生相互交联作用,减小了分子的自由体积,限制了木材大分子链的滑移。
根据标准ASTM D4761-19对试材的拉伸强度进行测试,速度设置为1mm/min,试材的轴向与弦向长度分别为120 mm与10 mm。对比例1、2及实施例1、2、3中木材的拉伸强度如图2所示。可以看出,糠醇改性降低了木材的拉伸强度,而协同改性处理则提升了木材的拉伸强度。其中实施例2与实施例3中木材的拉伸强度较高,与对比例1相比分别增大50.2%与50.7%,与对比例2相比分别提升83.7%与84.4%。
根据国标GB/T1843-2008 and GB/T1940-2009对木材的抗冲击韧性进行测试,试材的轴向与弦向长度分别为80 mm与10 mm。图3分析了对比例1、2及实施例1、2、3的抗冲击韧性。与以往研究一致,糠醇单独改性对木材的抗冲击韧性具有一定的负面作用。经过协同改性处理,木材的抗冲击韧性不仅相对糠醇改性材有了大幅提升,相对素材而言,木材的抗冲击韧性也有所提升。其中实施例2的改性效果最好,木材的抗冲击韧性最高,与素材和单独糠醇改性材相比分别提升51.7%与129.1%。
测量绝干试材的质量后将试材浸没于蒸馏水中,分别在2 h、4 h、8 h、12 h、24 h、48 h、96 h、144 h、240 h、480 h及960 h测量木材质量。另外,将绝干试材在25 ℃、45%相对湿度的条件下进行调湿处理,待调湿平衡后(约30天),将试材置于温度为25 ℃、湿度在45%-75%正弦变化的环境中进行动态吸湿试验,动态循环周期设置为1 h,循环数为10。图4分析了对比例1、2及实施例1、2、3的吸水性与动态水分吸着特性。首先,对比例2的吸水率及动态吸湿含水率均低于对比例1,说明糠醇改性可以降低木材的吸水性与吸湿性,提升木材的防水性与阻湿性。协同改性处理则起到了更加显著的效果,其中实施例1的改性效果最好,吸水率与动态吸湿含水率最低,这主要与木材中化学组分如半纤维素在酸性条件下的降解及较高的增重率相关。
综上,经过轻度糠醇改性协同密实化处理的速生木材表现出了较好的拉伸、抗弯及抗冲击强度,且吸水性与动态吸湿性也明显降低,木材的物理力学性能获得了显著提升,说明了本发明提出的协同改性方式的有效性。
实施例4:
采用真空浸渍法处理木材:基于质量比,配置包含9.85%糠醇,1.05%马来酸酐,1.87%四硼酸钠的改性浸渍溶液,利用磁力搅拌,直至获得均一淡黄色澄清溶液,溶液pH为4.6。其中糠醇作为主要改性剂,柠檬酸(35 wt%)/草酸(75 wt%)为混合催化剂,碳酸钠(0.4wt%)/氢氧化钠(0.6 wt%)为混合缓冲剂。将试材置于-0.087 MPa 的真空环境中处理0.55h后,利用环境负压吸入配好的浸渍溶液,之后进行后真空-0.089 MPa 处理1-2 h后,取出试材擦净表面多余试剂,用保鲜膜进行包裹静置48h,促进改性剂在木材细胞中的均匀分布。
将上述使用过的浸渍液置于103 ℃下加速糠醇树脂预聚合以模拟实际使用过程中因存放时间较久而发生预聚合的糠醇树脂,直到液体黏度达到1250 mPa.s左右,预聚合糠醇树脂的数均分子量与重均分子量分别为1200-1500 g.mol-1 and 3500-4000 g.mol-1。将预聚合的糠醇树脂均匀涂饰在浸渍改性木材表面(1.076 g. cm-2),于室温常压下静置24h,促进内部溶液在细胞中的均匀分布,加强表面与内部糠醇分子间的相互作用。
然后在温度为102.7℃、压力为1 MPa的条件下热压5.5 h,压缩率为55%。为避免在高温固化过程糠醇的过度挥发,利用铝箔将改性木材进行充分包裹后转移到温度为104.3°C的鼓风干燥箱中进行固化3 h后,迅速去掉铝箔后将试材置于温度为65 °C和75 °C的鼓风干燥箱中分别保持2 h。之后在温度为102 °C的条件下将试材烘至绝干。
Claims (9)
1.轻度糠醇改性协同密实化处理提升木材性能的方法,其特征是包括如下步骤:
1)真空浸渍处理:将绝干处理后的木材进行真空处理,引入糠醇改性溶液,在真空条件下实现浸渍;
2)涂饰预聚合糠醇树脂:将步骤1)中的浸渍液加热得到预聚合的糠醇树脂,涂饰在浸渍改性木材表面,室温常压静置;
3)密实化处理:低温热压改性木材,干燥至绝干。
2.根据权利要求1所述的轻度糠醇改性协同密实化处理提升木材性能的方法,其特征是所述步骤1)真空浸渍处理具体为:首先对木材进行绝干处理,之后在-0.08 MPa - -0.1MPa真空处理0.5 h;配置包含10 wt%糠醇、1%-2 wt%催化剂、2 wt%缓冲剂的改性浸渍溶液,磁力搅拌至获得pH为2-5、均一淡黄色澄清溶液;将配置好的改性浸渍溶液中在负压下引入木材,在-0.08 MPa - -0.1 MPa下真空浸渍 1-2 h,至改性剂在木材细胞中分布均匀。
3.根据权利要求1所述的轻度糠醇改性协同密实化处理提升木材性能的方法,其特征是所述步骤2)涂饰预聚合糠醇树脂具体为:将步骤1)使用过的改性浸渍溶液置于80-120℃下加速糠醇树脂预聚合以模拟实际使用过程中因存放时间较久而发生预聚合的糠醇树脂,期间进行磁力搅拌,促进糠醇均匀聚合,直到液体黏度为1000-1500 mPa.s,将预聚合的糠醇树脂均匀涂饰在浸渍改性后的木材表面,于室温常压下静置24 h,促进内部溶液在细胞中的均匀分布,加强表面与内部糠醇分子间的相互作用。
4.根据权利要求1所述的轻度糠醇改性协同密实化处理提升木材性能的方法,其特征是所述步骤3)密实化处理具体为:在温度为101-105℃、压力为1 MPa的条件下热压4-6 h,至木材压缩率为50%,压缩后的木材烘干至绝干。
5.根据权利要求2所述的轻度糠醇改性协同密实化处理提升木材性能的方法,其特征是所述催化剂为马来酸酐、柠檬酸、草酸、酒石酸中的一种或多种混合,所述缓冲剂为四硼酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠中的一种或多种混合。
6.根据权利要求2所述的轻度糠醇改性协同密实化处理提升木材性能的方法,其特征是所述真空浸渍具体方法为将木材置于-0.08 MPa - -0.1 MPa 的真空环境中处理0.5 h,利用环境负压吸入配好的改性浸渍溶液,之后进行-0.08 MPa - -0.1 MPa下进行1-2 h的后真空处理,取出试材擦净表面多余试剂,用保鲜膜进行包裹静置48 h。
7.根据权利要求3所述的轻度糠醇改性协同密实化处理提升木材性能的方法,其特征是所述预聚合糠醇树脂的数均分子量与重均分子量分别为1200-1500 g.mol-1 and 3500-4000 g.mol-1,所述糠醇树脂涂饰量为0.8-1.2 g. cm-2。
8.根据权利要求4所述的轻度糠醇改性协同密实化处理提升木材性能的方法,其特征是所述烘干具体方法为利用铝箔将改性后的木材进行充分包裹后转移到温度为101-105℃的鼓风干燥箱中固化3 h,去掉铝箔后将试材置于温度为60℃和80℃的鼓风干燥箱中分别保持2 h;之后101-105 ℃下烘至绝干。
9.根据权利要求1所述的轻度糠醇改性协同密实化处理提升木材性能的方法,其特征是所述木材为阔叶材如青杨、毛白杨、桦木,或针叶材如美国南方松、欧洲赤松、马尾松。
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114407150A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-04-29 | 广东祥通供应链管理有限公司 | 一种环保功能木材的节能制备方法 |
CN114474275A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-05-13 | 广东祥通供应链管理有限公司 | 一种压缩阻燃木材的制备方法 |
CN115026919A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-09-09 | 水木山海科技(佛山)有限责任公司 | 一种塑合压缩木材的制备方法 |
CN115070890A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-09-20 | 南京林业大学 | 一种用于饱水木质文物的脱水加固处理方法 |
NO20220354A1 (en) * | 2022-03-23 | 2023-09-25 | Kebony As | Polymerizable solution for obtaining a furan polymer impregnated material |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2933413A (en) * | 1958-01-02 | 1960-04-19 | Koppers Co Inc | Creosoted wood coated with a furfuryl alcohol polymer |
CN1482960A (zh) * | 2000-12-01 | 2004-03-17 | ��Ī���ѧ | 木材产品以及其制备方法 |
WO2008140323A1 (en) * | 2007-05-11 | 2008-11-20 | Kebony Asa | Modified wood and method for producing modified wood |
CN102481765A (zh) * | 2009-04-23 | 2012-05-30 | 科博尼Asa | 甲板 |
CN104552516A (zh) * | 2014-12-08 | 2015-04-29 | 国际竹藤中心 | 一种用于木材或竹材改性的糠醇改性溶液 |
-
2021
- 2021-09-10 CN CN202111063099.6A patent/CN113696291B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2933413A (en) * | 1958-01-02 | 1960-04-19 | Koppers Co Inc | Creosoted wood coated with a furfuryl alcohol polymer |
CN1482960A (zh) * | 2000-12-01 | 2004-03-17 | ��Ī���ѧ | 木材产品以及其制备方法 |
WO2008140323A1 (en) * | 2007-05-11 | 2008-11-20 | Kebony Asa | Modified wood and method for producing modified wood |
CN102481765A (zh) * | 2009-04-23 | 2012-05-30 | 科博尼Asa | 甲板 |
CN104552516A (zh) * | 2014-12-08 | 2015-04-29 | 国际竹藤中心 | 一种用于木材或竹材改性的糠醇改性溶液 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
沈晓双等: "糠醇单体与预聚体混合物改性杨木", 《林业科学》 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114407150A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-04-29 | 广东祥通供应链管理有限公司 | 一种环保功能木材的节能制备方法 |
CN114474275A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-05-13 | 广东祥通供应链管理有限公司 | 一种压缩阻燃木材的制备方法 |
NO20220354A1 (en) * | 2022-03-23 | 2023-09-25 | Kebony As | Polymerizable solution for obtaining a furan polymer impregnated material |
CN115026919A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-09-09 | 水木山海科技(佛山)有限责任公司 | 一种塑合压缩木材的制备方法 |
CN115070890A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-09-20 | 南京林业大学 | 一种用于饱水木质文物的脱水加固处理方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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