CN115157400A - 一种滑雪板用木质板芯改性处理方法 - Google Patents

一种滑雪板用木质板芯改性处理方法 Download PDF

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Abstract

一种滑雪板用木质板芯改性处理方法，它属于木材改性领域。本发明要解决现有醛类物质改性木材静曲强度及弹性模量低的问题。方法：一、配制复配改性剂；二、真空‑加压浸渍法处理木材；三、反应并固化。本发明用于滑雪板的芯板改性处理。

Description

一种滑雪板用木质板芯改性处理方法
技术领域
本发明属于木材改性领域。
背景技术
我国冰雪文化历史悠久，滑雪作为冰雪运动中的代表运动也颇受人们喜爱。现市面上的滑雪板多为底板、芯板和面板组成的夹层结构板。木材因其强重比高、力学性能优良、可加工性强等特点可作为滑雪板的芯板，但木材本身的干缩湿胀性成为制约木芯板发展和使用的一大难点。速生林木具有生长速度快、环境适应性好等优点，对其进行改良可以扩大速生林木资源应用范围，同时在一定程度上可以缓解我国木质资源的供需矛盾。
日常生产中主要的木材改性方法包括四种：(1)木材热处理；(2)木材化学改性；(3)生物处理改性；(4)电磁辐射处理木材。其中化学改性处理木材是工艺最多且化学试剂品种最广泛的木材改性处理方式。利用传统的有机溶剂进行木材改性，多数改性剂分子过大而不易进入细胞壁被滞留在细胞腔中，改性效果不佳。所以寻找可作用于木材细胞壁，降低木材的吸水性，从而提高木材的尺寸稳定性的处理方法是迫切的。
使用醛类物质对木材进行交联改性处理可以提高木材的尺寸稳定性，但其对木材的静曲强度和弹性模量改变不大。滑雪板作为体育运动类器械，提高器械本身的力学强度更加保障了使用者在使用时的人身安全。因此，急需一种基于醛类物质改性木材性能的处理方法，可解决木材抗弯强度及弹性模量低的问题。
发明内容
本发明要解决现有醛类物质改性木材静曲强度及弹性模量低的问题，进而提供一种滑雪板用木质板芯改性处理方法。
一种滑雪板用木质板芯改性处理方法，它是按以下步骤进行的：
一、配制复配改性剂：
将醛类物质、水溶性单体加入到溶剂中搅拌均匀，然后加入引发剂搅拌均匀，得到复配改性剂；
所述的复配改性剂中醛类物质的质量百分数为2％～6％；所述的复配改性剂中水溶性单体的质量百分数为19％～21％；所述的复配改性剂中引发剂的质量百分数为0.22％～0.26％；
二、真空-加压浸渍法处理木材：
将木材及复配改性剂置于真空-加压浸渍罐中，然后在真空度为-0.1MPa～0MPa的条件下，处理3h～12h，然后在压力为0.5MPa～0.7MPa的条件下，处理3h～24h，得到浸渍后的木材；
三、反应并固化：
将浸渍后的木材室温下气干7天～10天，然后在温度为40℃～60℃的条件下，加热1h～24h，再在温度为60℃～80℃的条件下，反应1h～12h，最后在温度为80℃～120℃的条件下，固化1h～30h，得到改性处理后的滑雪板用木质板芯。
本发明的有益效果是：
本发明采用醛类物质作为改性剂基体，同水溶性单体复配形成改性药剂。使用的水溶性单体分子量较小且不易挥发，通过引发剂的作用使得醛类物质、水溶性单体同木材细胞壁上的羟基发生加成和取代反应，生成大分子充胀在木材细胞壁中，一方面可以消耗木材中的羟基，降低木材的吸水性能；另一方面大分子的填充缩小了木材吸水后尺寸的变化范围。同时在浸渍处理的过程中，木材细胞及大导管中被水溶性单体和醛类物质所填充，由于引发剂的存在，两类基体可以发生自聚形成较大的分子以实现填充的效果。大分子的填充效果宏观上表现为尺寸稳定性的提高和木材的静曲强度以及弹性模量增强，大大提高了滑雪板的安全系数。
说明书附图
图1为红外光谱图，1为未处理木材，2为实施例一改性处理后的木材，3为实施例二改性处理后的木材，4为实施例三改性处理后的木材；
图2为未处理木材扫描电子显微镜图，(a)为横切面放大200倍，(b)为横切面放大1.0k倍，(c)为径切面放大200倍，(d)为径切面放大1.0k倍；
图3为实施例三改性处理后的木材扫描电子显微镜图，(a)为横切面放大200倍，(b)为横切面放大1.0k倍，(c)为径切面放大200倍，(d)为径切面放大1.0k倍；
图4为X射线衍射图谱，1为未处理木材，2为实施例一改性处理后的木材，3为实施例二改性处理后的木材，4为实施例三改性处理后的木材。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种滑雪板用木质板芯改性处理方法，它是按以下步骤进行的：
一、配制复配改性剂：
将醛类物质、水溶性单体加入到溶剂中搅拌均匀，然后加入引发剂搅拌均匀，得到复配改性剂；
所述的复配改性剂中醛类物质的质量百分数为2％～6％；所述的复配改性剂中水溶性单体的质量百分数为19％～21％；所述的复配改性剂中引发剂的质量百分数为0.22％～0.26％；
二、真空-加压浸渍法处理木材：
将木材及复配改性剂置于真空-加压浸渍罐中，然后在真空度为-0.1MPa～0MPa的条件下，处理3h～12h，然后在压力为0.5MPa～0.7MPa的条件下，处理3h～24h，得到浸渍后的木材；
三、反应并固化：
将浸渍后的木材室温下气干7天～10天，然后在温度为40℃～60℃的条件下，加热1h～24h，再在温度为60℃～80℃的条件下，反应1h～12h，最后在温度为80℃～120℃的条件下，固化1h～30h，得到改性处理后的滑雪板用木质板芯。
具体实施方式复配改性剂同木材发生化学反应，进而充胀木材细胞壁。
本实施方式的有益效果是：
本实施方式采用醛类物质作为改性剂基体，同水溶性单体复配形成改性药剂。使用的水溶性单体分子量较小且不易挥发，通过引发剂的作用使得醛类物质、水溶性单体同木材细胞壁上的羟基发生加成和取代反应，生成大分子充胀在木材细胞壁中，一方面可以消耗木材中的羟基，降低木材的吸水性能；另一方面大分子的填充缩小了木材吸水后尺寸的变化范围。同时在浸渍处理的过程中，木材细胞及大导管中被水溶性单体和醛类物质所填充，由于引发剂的存在，两类基体可以发生自聚形成较大的分子以实现填充的效果。大分子的填充效果宏观上表现为尺寸稳定性的提高和木材的静曲强度以及弹性模量增强，大大提高了滑雪板的安全系数。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的溶剂为水。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤一中所述的醛类物质为乙二醛和戊二醛中的一种或两种的混合物。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中所述的水溶性单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、二甲胺基丙基丙烯酰胺和N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、氯化钙/双氧水、芬顿体系和氯化镁中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的芬顿体系为亚铁离子和过氧化氢按质量比为1:(1～1.5)组成。其它与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中所述的木材为滑雪板用木质板芯，材质为杨木、桉木、杉木、松木、柳木或桃花心木。其它与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中每1立方米的木材，复配改性剂的用量为2000kg～4000kg。其它与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中在温度为40℃～60℃的条件下，加热12h～24h。其它与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三中在温度为80℃～100℃的条件下，固化1h～24h。其它与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
一种滑雪板用木质板芯改性处理方法，它是按以下步骤进行的：
一、配制复配改性剂：
将醛类物质、水溶性单体加入到溶剂中搅拌均匀，然后加入引发剂搅拌均匀，得到复配改性剂；
所述的复配改性剂中醛类物质的质量百分数为2％；所述的复配改性剂中水溶性单体的质量百分数为20％；所述的复配改性剂中引发剂的质量百分数为0.22％；
二、真空-加压浸渍法处理木材：
将木材及复配改性剂置于真空-加压浸渍罐中，然后在真空度为-0.1MPa的条件下，处理5h，然后在压力为0.7MPa的条件下，处理12h，得到浸渍后的木材；
三、反应并固化：
将浸渍后的木材室温下气干7天，然后在温度为40℃的条件下，加热12h，再在温度为60℃的条件下，反应12h，最后在温度为100℃的条件下，固化24h，得到改性处理后的木材。
步骤一中所述的溶剂为水。
步骤一中所述的醛类物质为戊二醛。
步骤一中所述的水溶性单体为N-羟甲基丙烯酰胺。
步骤一中所述的引发剂为氯化镁。
步骤二中所述的木材为杨木。
步骤二中每1立方米的木材，复配改性剂的用量为2500kg。
实施例二：本实施例与实施例一不同的是：步骤一中所述的复配改性剂中醛类物质的质量百分数为4％。其它与实施例一相同。
实施例三：本实施例与实施例一不同的是：步骤一中所述的复配改性剂中醛类物质的质量百分数为6％。其它与实施例一相同。
依据GB/T 1927.7-2021《无疵小试样木材物理力学性质试验方法第7部分：吸水性测定》、GB-T 1927.9-2021《无疵小试样木材物理力学性质试验方法第9部分：抗弯强度测定》和GB/T 1927.10-2021《无疵小试样木材物理力学性质试验方法第10部分：抗弯弹性模量测定》标准对未处理木材、实施例一至三改性处理后的木材进行尺寸稳定性、静曲强度和弹性模量测试，测试结果如下：
未处理木材静曲强度为62.43MPa，弹性模量为7359.94MPa，最大载荷为1.39kN。
实施例一改性处理后的木材的抗胀缩系数为47.9％，静曲强度为94.315MPa，弹性模量为7456.86MPa，最大载荷为1.43kN。
实施例二改性处理后的木材的抗胀缩系数为53.3％，静曲强度为115.58MPa，弹性模量为8783.43MPa，最大载荷为2.24kN。
实施例三改性处理后的木材的抗胀缩系数为54.2％，静曲强度为118.96MPa，弹性模量为11225.00MPa，最大载荷为2.64kN。
图1为红外光谱图，1为未处理木材，2为实施例一改性处理后的木材，3为实施例二改性处理后的木材，4为实施例三改性处理后的木材；由图可知，改性处理材-OH峰较未处理材有明显变化，在处理后的木材试样中检测到属于N-羟甲基丙烯酰胺的胺基特征峰。
图2为未处理木材扫描电子显微镜图，(a)为横切面放大200倍，(b)为横切面放大1.0k倍，(c)为径切面放大200倍，(d)为径切面放大1.0k倍；由图可知，未处理材细胞壁较薄且细胞壁有明显的分层现象，如图2b中A区域。
图3为实施例三改性处理后的木材扫描电子显微镜图，(a)为横切面放大200倍，(b)为横切面放大1.0k倍，(c)为径切面放大200倍，(d)为径切面放大1.0k倍；由图可知，经过改性处理的木材细胞壁有明显的增厚现象，细胞壁分层现象基本消失，如图3b中A区域，少部分细胞腔以及导管被改性剂填充，改性剂的主要分布于细胞壁中。
图4为X射线衍射图谱，1为未处理木材，2为实施例一改性处理后的木材，3为实施例二改性处理后的木材，4为实施例三改性处理后的木材；由图可计算出，线条1、2、3、4的结晶度依次为41.64％、38.52％、34.47％、36.61％，经过改性处理后木材的结晶度降低，证明木材中纤维素中的羟基参与了反应。

Claims (10)

1.一种滑雪板用木质板芯改性处理方法，其特征在于它是按以下步骤进行的：
一、配制复配改性剂：
将醛类物质、水溶性单体加入到溶剂中搅拌均匀，然后加入引发剂搅拌均匀，得到复配改性剂；
所述的复配改性剂中醛类物质的质量百分数为2％～6％；所述的复配改性剂中水溶性单体的质量百分数为19％～21％；所述的复配改性剂中引发剂的质量百分数为0.22％～0.26％；
二、真空-加压浸渍法处理木材：
将木材及复配改性剂置于真空-加压浸渍罐中，然后在真空度为-0.1MPa～0MPa的条件下，处理3h～12h，然后在压力为0.5MPa～0.7MPa的条件下，处理3h～24h，得到浸渍后的木材；
三、反应并固化：
将浸渍后的木材室温下气干7天～10天，然后在温度为40℃～60℃的条件下，加热1h～24h，再在温度为60℃～80℃的条件下，反应1h～12h，最后在温度为80℃～120℃的条件下，固化1h～30h，得到改性处理后的滑雪板用木质板芯。
2.根据权利要求1所述的一种滑雪板用木质板芯改性处理方法，其特征在于步骤一中所述的溶剂为水。
3.根据权利要求1所述的一种滑雪板用木质板芯改性处理方法，其特征在于步骤一中所述的醛类物质为乙二醛和戊二醛中的一种或两种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种滑雪板用木质板芯改性处理方法，其特征在于步骤一中所述的水溶性单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、二甲胺基丙基丙烯酰胺和N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或其中几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种滑雪板用木质板芯改性处理方法，其特征在于步骤一中所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、氯化钙/双氧水、芬顿体系和氯化镁中的一种或其中几种的混合物。
6.根据权利要求5所述的一种滑雪板用木质板芯改性处理方法，其特征在于所述的芬顿体系为亚铁离子和过氧化氢按质量比为1:(1～1.5)组成。
7.根据权利要求1所述的一种滑雪板用木质板芯改性处理方法，其特征在于步骤二中所述的木材为滑雪板用木质板芯，材质为杨木、桉木、杉木、松木、柳木或桃花心木。
8.根据权利要求1所述的一种滑雪板用木质板芯改性处理方法，其特征在于步骤二中每1立方米的木材，复配改性剂的用量为2000kg～4000kg。
9.根据权利要求1所述的一种滑雪板用木质板芯改性处理方法，其特征在于步骤三中在温度为40℃～60℃的条件下，加热12h～24h。
10.根据权利要求1所述的一种滑雪板用木质板芯改性处理方法，其特征在于步骤三中在温度为80℃～100℃的条件下，固化1h～24h。
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CN116587385A (zh) * 2023-06-27 2023-08-15 广东省林业科学研究院 一种乙二醛-丙烯酰胺复配物液的用途
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