專利名稱：一種楊木單板強化劑及其強化楊木單板的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種木材強化劑及其強化木材的方法。
背景技術：
隨著我國經(jīng)濟的穩(wěn)步發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)和人民生活對木材消費需求不斷增加，而我國目前木材產(chǎn)量無論在質(zhì)量和數(shù)量上都無法滿足需求。我國近十幾年來，每年營造了大量的人工林，累計人工林面積3400萬公頃，為世界之首。楊樹以其分布廣、品種多、生長速度快、適應能力強等特點成為我國最主要的速生人工林樹種之一，據(jù)統(tǒng)計我國楊樹人工林總面積已達700多萬公頃，居世界第一，超過其他國家楊樹人工林面積的總和。我國楊樹用材林面積為309萬公頃，占全國楊樹人工林面積的40％左右，而且楊樹生長速度快6～8年就可成材，但由于楊木材質(zhì)軟、結(jié)構(gòu)粗松、強度低等缺點，只能用于紙漿材和膠合板芯材，局限了楊木的廣泛、高效利用，木材供應緊張的現(xiàn)狀也未得到緩解。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決楊木材質(zhì)軟、結(jié)構(gòu)粗松、強度低等缺點和緩解木材供應緊張的現(xiàn)狀，而提供的一種楊木單板強化劑及其強化楊木單板的方法。楊木單板強化劑按質(zhì)量份數(shù)比由24～26份苯乙烯、48～52份甲基丙烯酸甲酯、24～26份醋酸乙烯酯、2.8～3.2份偶氮二異丁腈、1.8～2.2份環(huán)烷酸鈷和5.8～6.2份氯化鋅制成。上述楊木單板強化劑強化楊木單板的方法按以下步驟進行(一)將24～26份苯乙烯、48～52份甲基丙烯酸甲酯、24～26份醋酸乙烯酯、2.8～3.2份偶氮二異丁腈、1.8～2.2份環(huán)烷酸鈷和5.8～6.2份氯化鋅一同均勻攪拌，制成楊木單板強化劑；(二)將楊木單板浸沒于強化劑中并置于壓力罐中密封；(三)對壓力罐中浸沒于強化劑的楊木單板施加0.38～0.45MPa的壓力60±2min，然后在常壓條件下密封2±0.1h；(四)取出楊木單板吸去表面的強化劑，再用聚乙烯薄膜包裹陳放36±1h；(五)將經(jīng)過陳放、用聚乙烯薄膜包裹的楊木單板放入80±2℃的環(huán)境中加熱6±0.1h，然后再放入20±0.1℃的真空干燥箱內(nèi)干燥2～3h，即得到經(jīng)過強化的楊木單板。
本發(fā)明中楊木單板強化劑配比簡單，可有效增強楊木單板力學性能，經(jīng)強化劑強化的楊木單板表面硬度提高了1.34～2.55倍，耐磨性提高了2.35倍以上，靜曲強度提高了1.87～2.96倍。
本發(fā)明強化楊木單板的設備要求低，方法簡單，操作參數(shù)易于控制。本發(fā)明以強化劑浸漬、加熱聚合的方法強化楊木單板，解決了強化劑浸注實木困難的問題，并克服了楊木固有的天然缺陷，增強楊木單板力學性能，從而提高楊木的高效利用，擴大速生人工林的應用范圍，實現(xiàn)劣材優(yōu)用，緩解了木材資源缺乏，供求矛盾日益突出的局面，具有重大的經(jīng)濟和社會效益。


圖1是加入不同比例偶氮二異丁腈后不飽和乙烯類單體的轉(zhuǎn)化率，圖2是加入不同比例環(huán)烷酸鈷后不飽和乙烯類單體的轉(zhuǎn)化率，圖3是加入不同比例氯化鋅后不飽和乙烯類單體的轉(zhuǎn)化率。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式楊木單板強化劑按質(zhì)量份數(shù)比由24～26份苯乙烯、48～52份甲基丙烯酸甲酯、24～26份醋酸乙烯酯、2.8～3.2份偶氮二異丁腈、1.8～2.2份環(huán)烷酸鈷和5.8～6.2份氯化鋅制成。
本實施方式中偶氮二異丁腈(AIBN)作為引發(fā)劑使用，偶氮二異丁腈易分解成自由基的化合物，在80～90℃環(huán)境中激烈分解，反應速度加快，分解反應如下所示 。偶氮二異丁腈的分解特點是幾乎全部為一級反應，只形成一種自由基，無誘導分解，在有不飽和乙烯類單體(苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和醋酸乙烯酯)存在條件下即引發(fā)聚合，所以偶氮二異丁腈在相對低的加熱溫度下，產(chǎn)生的自由基引發(fā)不飽和乙烯類單體自身和不飽和乙烯類單體相互之間的聚合反應。
楊木是由木質(zhì)素、纖維素和半纖維素組成的，因此在引發(fā)劑作用下楊木中的木質(zhì)素和苯乙烯發(fā)生接枝共聚反應，反應式如下 ，木質(zhì)素主要以愈瘡木基丙烷和紫丁香基丙烷的結(jié)構(gòu)基團存在于闊葉樹材中，這些結(jié)構(gòu)單元聚合反應中能與苯乙烯發(fā)生接枝共聚反應；而且苯乙烯顯一定極性，與楊木中主要起硬度作用的木質(zhì)素結(jié)構(gòu)相似有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，因此苯乙烯與楊木聚合后能提高楊木的硬度。
甲基丙烯酸甲酯(MMA)分子含有極性基團，與木質(zhì)素具有較好的相容性。同時甲基丙烯酸甲酯含有酯鍵可與楊木中的纖維素、半纖維素上的羥基結(jié)合形成共聚物大分子，即實現(xiàn)接枝聚合，從而提高楊木的剛性。所以選取甲基丙烯酸甲酯作為共聚單體來提高楊木單板強度。
在加熱和引發(fā)劑(偶氮二異丁腈)的作用下，本實施方式中的三種不飽和乙烯類單體(苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和醋酸乙烯酯)相互間發(fā)生共聚反應，通過單體自身或相互間的共聚產(chǎn)生了多重混合體系及多種復雜共聚物。本實施方式中環(huán)烷酸鈷和氯化鋅作為促進劑協(xié)同作用，加快了共聚反應的速度，并提高了單體的轉(zhuǎn)化率。在多重混合體系及多種復雜共聚物的協(xié)同作用下，楊木單板形成理想的復合體，綜合力學性能顯著提高，楊木單板的表面硬度提高了1.34～2.55倍，耐磨性提高了2.35倍以上，靜曲強度提高了1.87～2.96倍。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點是楊木單板強化劑按質(zhì)量份數(shù)比由25份苯乙烯、50份甲基丙烯酸甲酯、25份醋酸乙烯酯、3份偶氮二異丁腈、2份環(huán)烷酸鈷和6份氯化鋅制成。
具體實施方式
三本實施方式強化楊木單板的方法按以下步驟進行(一)將24～26份苯乙烯、48～52份甲基丙烯酸甲酯、24～26份醋酸乙烯酯、2.8～3.2份偶氮二異丁腈、1.8～2.2份環(huán)烷酸鈷和5.8～6.2份氯化鋅一同均勻攪拌，制成楊木單板強化劑；(二)將楊木單板浸沒于強化劑中并置于壓力罐中密封；(三)對壓力罐中浸沒于強化劑的楊木單板施加0.38～0.45MPa的壓力60±2min，然后在常壓條件下密封2±0.1h；(四)取出楊木單板吸去表面的強化劑，再用聚乙烯薄膜包裹陳放36±1h；(五)將經(jīng)過陳放、用聚乙烯薄膜包裹的楊木單板放入80±2℃的環(huán)境中加熱6±0.1h，然后再放入20±0.1℃的真空干燥箱內(nèi)干燥2～3h，即得到經(jīng)過強化的楊木單板。
本實施方式參照國家標準GB/T4897-92《刨花板》測定刨花板作基材的強化復合材和素材復合板的靜曲強度；參照國家標準GB/T17657-1999中4.9規(guī)定的方法測定中密度纖維板作基材的強化復合材和素材復合板的靜曲強度。參照國家標準GB/T17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》分別測定三種人造板基材(膠合板作基材、刨花板作基材和中密度板作基材)強化處理前后板材的表面硬度和耐磨性。檢測結(jié)果如表1所示。
表1

實驗數(shù)據(jù)說明膠合板作為基材的復合板材經(jīng)本實施方式強化后，其表面硬度提高了2.28倍，耐磨性提高了2.35倍；刨花板作為基材的復合板材經(jīng)本實施方式強化后，表面硬度提高了2.25倍，耐磨性提高了2.35倍，靜曲強度提高了2.83倍；中密度板作為基材的復合板材經(jīng)本實施方式強化后，表面硬度提高了1.34倍，耐磨性提高了2.35倍，靜曲強度提高了1.87倍。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
三的不同點是步驟(一)將25份苯乙烯、50份甲基丙烯酸甲酯、25份醋酸乙烯酯、3份偶氮二異丁腈、2份環(huán)烷酸鈷和6份氯化鋅一同均勻攪拌，制成楊木單板強化劑。其它步驟與實施方式三相同。
對比實驗1、測定苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯與醋酸乙烯酯不同質(zhì)量配比在80℃的環(huán)境中加熱6h后不飽和乙烯類單體的轉(zhuǎn)化率，測定結(jié)果如表2所示(除苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯與醋酸乙烯酯質(zhì)量配比不同外，其它實驗條件均相同)。
表2

實驗數(shù)據(jù)說明苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯與醋酸乙烯酯的質(zhì)量比為1∶2∶1的條件下不飽和乙烯類單體轉(zhuǎn)化率最高為51.96％。
對表2實驗數(shù)據(jù)進行方差分析，方差分析結(jié)果如表3所示，由方差分析結(jié)果可知苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯與醋酸乙烯酯按不同比例混合對強化楊木單板單體轉(zhuǎn)化率有高度顯著影響。苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯與醋酸乙烯酯的質(zhì)量比為1∶2∶1轉(zhuǎn)化率最高。
表3

注F0.05(6，35)＝2.38 F0.01(6，35)＝3.32、在其它條件相同的情況下，偶氮二異丁腈的加入量(偶氮二異丁腈占3種不飽和乙烯類單體總質(zhì)量的百分比)對單體轉(zhuǎn)化率的影響如圖1所示，說明加入占苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和醋酸乙烯酯總質(zhì)量3％的偶氮二異丁腈，不飽和乙烯類單體的轉(zhuǎn)化率最高。
3、在其它條件相同的情況下，環(huán)烷酸鈷的加入量(環(huán)烷酸鈷占3種不飽和乙烯類單體總質(zhì)量的百分比)對單體轉(zhuǎn)化率的影響如圖2所示，說明加入占苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和醋酸乙烯酯總質(zhì)量2％的環(huán)烷酸鈷，不飽和乙烯類單體的轉(zhuǎn)化率最高。
4、在其它條件相同的情況下，氯化鋅的加入量(氯化鋅占3種不飽和乙烯類單體總質(zhì)量的百分比)對單體轉(zhuǎn)化率的影響如圖3所示，說明加入占苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和醋酸乙烯酯總質(zhì)量6％的氯化鋅，不飽和乙烯類單體的轉(zhuǎn)化率最高。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
三的不同點是步驟(三)對壓力罐中浸沒于強化劑的楊木單板施加0.4MPa的壓力60min，然后再在常壓條件下密封2h。其它步驟與實施方式三相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
三的不同點是步驟(四)中吸去表面強化劑的楊木單板用聚乙烯薄膜包裹陳放36h。其它步驟及所選參數(shù)與實施方式三相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
三的不同點是步驟(四)中用吸紙棉吸去楊木單板表面的強化劑。其它步驟及所選參數(shù)與實施方式三相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
三的不同點是步驟(五)中的楊木單板放入80℃的環(huán)境中加熱6h，然后再放入20±1℃的真空干燥箱內(nèi)干燥2.2～2.8h。其它步驟及所選參數(shù)與實施方式三相同。
權(quán)利要求
1.一種楊木單板強化劑，其特征在于楊木單板強化劑按質(zhì)量份數(shù)比由24～26份苯乙烯、48～52份甲基丙烯酸甲酯、24～26份醋酸乙烯酯、2.8～3.2份偶氮二異丁腈、1.8～2.2份環(huán)烷酸鈷和5.8～6.2份氯化鋅制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種楊木單板強化劑，其特征在于楊木單板強化劑按質(zhì)量份數(shù)比由25份苯乙烯、50份甲基丙烯酸甲酯、25份醋酸乙烯酯、3份偶氮二異丁腈、2份環(huán)烷酸鈷和6份氯化鋅制成。
3.用權(quán)利要求1所述的楊木單板強化劑強化楊木單板的方法，其特征在于強化楊木單板的方法按以下步驟進行(一)將24～26份苯乙烯、48～52份甲基丙烯酸甲酯、24～26份醋酸乙烯酯、2.8～3.2份偶氮二異丁腈、1.8～2.2份環(huán)烷酸鈷和5.8～6.2份氯化鋅一同均勻攪拌，制成楊木單板強化劑；(二)將楊木單板浸沒于強化劑中并置于壓力罐中密封；(三)對壓力罐中浸沒于強化劑的楊木單板施加0.38～0.45MPa的壓力60±2min，然后在常壓條件下密封2±0.1h；(四)取出楊木單板吸去表面的強化劑，再用聚乙烯薄膜包裹陳放36±1h；(五)將經(jīng)過陳放、用聚乙烯薄膜包裹的楊木單板放入80±2℃的環(huán)境中加熱6±0.1h，然后再放入20±0.1℃的真空干燥箱內(nèi)干燥2～3h，即得到經(jīng)過強化的楊木單板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的楊木單板強化劑強化楊木單板的方法，其特征在于步驟(一)將25份苯乙烯、50份甲基丙烯酸甲酯、25份醋酸乙烯酯、3份偶氮二異丁腈、2份環(huán)烷酸鈷和6份氯化鋅一同均勻攪拌，制成楊木單板強化劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的楊木單板強化劑強化楊木單板的方法，其特征在于步驟(三)對壓力罐中浸沒于強化劑的楊木單板施加0.4MPa的壓力60min，然后再在常壓條件下密封2h。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的楊木單板強化劑強化楊木單板的方法，其特征在于步驟(四)中吸去表面強化劑的楊木單板用聚乙烯薄膜包裹陳放36h。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的楊木單板強化劑強化楊木單板的方法，其特征在于步驟(四)中用吸紙棉吸去楊木單板表面的強化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的楊木單板強化劑強化楊木單板的方法，其特征在于步驟(五)中的楊木單板放入80℃的環(huán)境中加熱6h，然后再放入20±1℃的真空干燥箱內(nèi)干燥2.2～2.8h。
全文摘要
一種楊木單板強化劑及其強化楊木單板的方法，它涉及一種木材強化劑及其強化木材的方法。它解決了楊木材質(zhì)軟、結(jié)構(gòu)粗松、強度低等缺點和緩解木材供應緊張的現(xiàn)狀。楊木單板強化劑按質(zhì)量份數(shù)比由24～26份苯乙烯、48～52份甲基丙烯酸甲酯、24～26份醋酸乙烯酯、2.8～3.2份偶氮二異丁腈、1.8～2.2份環(huán)烷酸鈷和5.8～6.2份氯化鋅制成。強化方法(一)制強化劑；(二)楊木單板浸沒于強化劑中；(三)加壓密封；(四)陳放；(五)加熱后再干燥。本發(fā)明中經(jīng)強化劑強化的楊木單板表面硬度提高了1.34～2.55倍，耐磨性提高了2.35倍以上，靜曲強度提高了1.87～2.96倍。本發(fā)明強化方法克服了楊木固有天然缺陷，實現(xiàn)劣材優(yōu)用，緩解了木材資源缺乏、供求矛盾日益突出的局面。
文檔編號B27K3/08GK101020326SQ20071007195
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者王逢瑚, 陳廣勝, 孫建平, 馬立軍 申請人:東北林業(yè)大學