一種小分子酚醛單體在實木中強化木材的方法
【專利摘要】一種小分子酚醛單體在實木中強化木材的方法，是一種利用小分子酚醛單體在實木中原位聚合生成酚醛樹脂來強化木材的方法，首先，通過真空高壓技術將混合均勻的苯酚單體、甲醛單體和催化劑浸入木材內部；然后，經過陳化勻質后利用加熱或微波引發(fā)聚合反應，使苯酚單體、甲醛單體在木材孔道內原位發(fā)生聚合反應生成酚醛樹脂。酚醛樹脂填充木材孔道對木材起到密實強化作用，從而可以提高木材的抗壓強度、耐磨強度、耐水性、尺寸穩(wěn)定性和加工性，增加木材的質感，減少木材的開裂和變形。
【專利說明】一種小分子酚醛單體在實木中強化木材的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是一種小分子酚醛單體在實木中原位聚合制備酚醛樹脂強化木材的方法，屬于木材強化功能性改良和高值化利用【技術領域】，特別涉及到原木、鋸材、板方等實體木材填充強化和高附加值利用。
【背景技術】
[0002]木質材料是四大建筑裝修材料之一，木質材料具有天然的紋理和美感，自古以來人們就十分珍愛木材所具有的色、香、質、紋等特性，并將其廣泛應用于建筑、家具等工作和生活環(huán)境中。它無毒、無害，是唯一可再生和可永續(xù)利用的“綠色材料”。隨著人們生活水平的提高，高檔珍貴木材的需求量日益增長。但是，許多木材由于材質松軟、硬度小、強度低、開裂變形等缺陷使用價值不高。因此，對木材進行功能性改良很有必要。
[0003]酚醛樹脂可分為熱固性和熱塑性兩類。酚醛樹脂具有良好的耐酸性能、力學性能、耐熱性能，廣泛應用于防腐蝕工程、膠粘劑、阻燃材料、砂輪片制造等行業(yè)。由于所采用酚醛的種類、催化劑類別、酚醛的摩爾比的不同可生產出多種多樣的酚醛樹脂，它包括:線型酚醛樹脂、熱固性酚醛樹脂和油溶性酚醛樹脂、水溶性酚醛樹脂。線型酚醛樹脂主要用于生產壓塑粉、層壓塑料；熱固性酚醛樹脂主要用于制造清漆或絕緣、耐腐蝕涂料；油溶性酚醛樹脂主要用于制造日用品、裝飾品；水溶性酚醛樹脂主要用于制造隔音、隔熱材料、人造板、鑄造、耐火材料等。
[0004]木材工業(yè)中，常用酚醛樹脂作膠黏劑制備木塑復合材料、竹質膠合板。同時，還有多項專利報道用酚醛樹脂改性木材或者制備酚醛樹脂基復合材料的方法。
[0005]合成樹脂浸潰木材改性的工藝方法(CN201010214843.3)采用酚醛樹脂液和碳酰胺在高壓釜中浸潰木材，然后在烘箱干燥后得到酚醛樹脂改性木材。
[0006]木材酚醛樹脂層積材料及其制造方法(CN93105062.6)采用酚醛樹脂液浸膠順紋單板和橫紋單板，并在浸膠單板之間設置金屬網，獲得木材酚醛樹脂層積材料。
[0007]酚醛樹脂基復合材料軌枕的制備方法(CN201210257304.7)，是將霧化噴施酚醛樹脂膠的粒度為I?3mm的木屑、浸泡酚醛樹脂膠的毛竹片與浸泡酚醛樹脂膠的玻璃纖維方格布表面材料在模具中三段式熱壓，制得酚醛樹脂基復合材料軌枕。
[0008]一種高品質楊木復合材料的制造方法(CN201110169691.4)，是用高強度微波對楊木鋸材進行拆解處理，然后再用酚醛樹脂對其進行浸注處理，最后在熱壓機中對其進行熱壓、炭化與定型處理，生產高品質新型楊木復合材料。
[0009]一種短切碳纖維增強酚醛樹脂基復合材料的制備方法(CN201010520238.9)，是將分散處理后的短切碳纖維為增強材料，將其溶解于無水乙醇中，同時加入酚醛樹脂均勻混合，經模壓制得短切碳纖維增強酚醛樹脂基復合材料。
[0010]然而，仿木材料雖然在一定程度上可以替代木材來使用，但在一些方面依然不如與真正的木材，比如木材的天然紋理，比如一些特殊木材擁有的珍貴特性，所以對木材進行改性加工依然是不可缺少的技術工藝。
【發(fā)明內容】

[0011 ] 本發(fā)明所解決的技術問題在于提供一種小分子酚醛單體在實木中強化木材的方法，以解決上述【背景技術】中的缺點。
[0012]本發(fā)明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現(xiàn):
一種小分子酚醛單體在實木中強化木材的方法，是一種利用小分子酚醛單體在實木中原位聚合生成酚醛樹脂來強化木材的方法，具體步驟為: (O實木的鋸解和干燥:將原木鋸解成需要的規(guī)格，然后按照木材干燥基準進行干燥，含水率控制在10%以下；
(2)改性液的配制:改性液包括酸催化改性液或堿催化改性液；根據(jù)配方準確稱量改性液的每個組份，并且充分攪拌，混合均勻；
(3)高壓真空浸注:將鋸解干燥過的木材裝入真空高壓浸注罐中，開啟真空泵抽真空，罐內壓力為0.01~0.02MPa維持l(Tl20min ;開啟進液閥門將按照配方配置的酸催化改性液或堿催化改性液抽入浸注罐內，使酸催化改性液或堿催化改性液液面完全覆蓋木材，加
0.8^1.8MPa壓力浸潰2.0-8.0h,開啟排液閥門將酸催化改性液或堿催化改性液壓送回儲液槽，調整配比后留作下次使用，將浸注處理后的木材取出裝入密閉的固化反應室；
(4)原位聚合固化反應:將經酸催化改性液或堿催化改性液浸注處理后的木材裝入密閉的固化反應室，在4(T60°C溫度下保溫0.5~1.0h勻質，然后在6(T14(TC溫度下聚合固化反應2.(T48h在木材空隙內原位聚合形成酚醛樹脂。
[0013]在本發(fā)明中，酚醛單體的聚合反應通過酸催化或堿催化反應，與之相對應的改性液也分別為酸催化改性液和堿催化改性液，所述酸催化改性液的配方按照質量為:苯酚類物質100份、甲醛類物質30-60份、濃酸10-40份、表面活性劑0-40份、阻燃劑0-120份、著色劑0-200份；堿催化改性液的配方按照質量為:苯酚類物質100份、甲醛類物質100-140份、堿10-40份、表面活性劑0-40份、阻燃劑0-80份、著色劑0-40份。
[0014]在本發(fā)明中，所述苯酚類物質選用苯酚、間苯二酚、間甲酚、二甲酚、對叔丁基酚、對苯基酚中的一種或幾種的混合物。
[0015]在本發(fā)明中，所述甲醛類物質選用甲醛和/或糠醛的混合物溶液，溶液濃度為369^38%。
[0016]在本發(fā)明中，所述濃酸為濃鹽酸、濃磷酸或濃草酸。
[0017]在本發(fā)明中，所述堿為氫氧化鈉、氫氧化鋇、氨水或氧化鋅。
[0018]有益效果:
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有很多優(yōu)點，具體如下:
①采用小分子的苯酚單體、甲醛單體可以快速浸注實體木材，不同于已有技術采用酚醛樹脂作為改性浸注液，粘度大，浸注阻力大；
②采用小分子的苯酚單體、甲醛單體浸注實體木材的浸注深度較大，浸注量較高；
③實木中原位聚合形成的酚醛樹脂與木材的結合強度大；
④實木中原位聚合形成的酚醛樹脂填充木材孔道對木材起到密實強化作用，從而可以提高木材的抗壓強度、耐磨強度、耐水性、尺寸穩(wěn)定性和加工性，增加木材的質感，減少木材的開裂和變形； ⑤在改性劑中適量添加染料或顏料，可以突顯或調控木材的紋理，賦予木材高貴典雅的色彩和紋理；
⑥在改性劑中適量添加阻燃劑，可以同步實現(xiàn)實木的增強和阻燃。
[0019]在實木中原位自組裝制備的聚氨酯強化木材以其優(yōu)良的性能，可用于家具、建筑、樂器、雕刻工藝品、運動器材、武器和工業(yè)器材等領域，尤其是作為高檔木方、高檔家具面板材料和高檔地板材料具有較高的附加值和市場前景。
【具體實施方式】
[0020]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施例，本發(fā)明進行詳細描述。
[0021]實施例1:
(I)苯酚100份、36?38%甲醛40份、濃鹽酸15份、表面活性劑10份、聚磷酸銨40份、蘇木精色素10份，根據(jù)配方準確稱量改性液的每個組份，并且充分攪拌，混合均勻。
[0022](2)將楊木原木根據(jù)實木地板規(guī)格鋸解為910mmX 123mmX 18mm的板坯，在干燥窯中根據(jù)楊木干燥基準進行干燥至含水率低于5% ；
(3)將楊木地板板坯裝入真空高壓浸注罐中；開啟真空泵抽真空,罐內壓力為0.0lMPa維持30min;開啟進液閥門將改性劑抽入浸注罐內，使液面完全覆蓋楊木地板板坯，在1.8MPa壓力條件下浸潰2.0h ；
(4)開啟排液閥門，將處理液壓送回儲液槽，調整配比后留作下次使用；
(5)楊木地板板坯從真空高壓浸注罐中取出，裝入密閉反應室中，在50°C溫度條件下保溫2.0h，然后加熱至70°C反應10h，讓改性劑在木材孔道中充分聚合固化；
(6)用本發(fā)明方法制備的酚醛樹脂強化楊木地板板坯密度達到0.62g/cm3，色澤清晰亮麗，阻濕率MEE為84%，體積膨脹率減小86%，抗壓強度增加95%，磨耗量下降68%。
[0023]實施例2:
(1)苯酚100份、36?38%甲醛120份、氫氧化鈉18份、表面活性劑8份、水玻璃80份、氧化鐵紅顏料20份、水80份，根據(jù)配方準確稱量改性液的每個組份，并且充分攪拌，混合均勻；
(2)將楊木原木根據(jù)實木地板規(guī)格鋸解為910_X123mmX 18mm的板還，在干燥窯中根據(jù)楊木干燥基準進行干燥至含水率低于5% ；
(3)將楊木地板板坯裝入真空高壓浸注罐中；開啟真空泵抽真空,罐內壓力為0.0lMPa維持60min;開啟進液閥門將改性劑抽入浸注罐內，使液面完全覆蓋楊木地板板坯，在1.8MPa壓力條件下浸潰4.0h ；
(4)開啟排液閥門，將處理液壓送回儲液槽，調整配比后留作下次使用；
(5)楊木地板板坯從真空高壓浸注罐中取出，裝入密閉反應室中，在60°C溫度條件下保溫2.0h，然后加熱至80°C反應24h，讓改性劑在木材孔道中充分聚合固化；
(6)用本發(fā)明方法制備的酚醛樹脂強化楊木地板板坯密度達到0.68g/cm3，色澤清晰亮麗，阻濕率MEE為76%，體積膨脹率減小89%，抗壓強度增加135%，磨耗量下降62%。
[0024]實施例3:
(I)苯酚100份、36?38%甲醛120份、濃氨水40份、表面活性劑8份、水玻璃80份、氧化鐵紅顏料20份、水30份，根據(jù)配方準確稱量改性液的每個組份，并且充分攪拌，混合均勻；
(2)將楊木原木鋸解為2400mmX400mmX50mm的楊木鋸材,在干燥窯中根據(jù)楊木干燥基準進行干燥至含水率低于5% ；
(3)將楊木鋸材裝入真空高壓浸注罐中；開啟真空泵抽真空,罐內壓力為0.0lMPa維持60min ;開啟進液閥門將改性劑抽入浸注罐內，使液面完全覆蓋楊木鋸材，在1.8MPa壓力條件下浸潰6.0h ；
(4)開啟排液閥門，將處理液壓送回儲液槽，調整配比后留作下次使用；
(5)楊木鋸材從真空高壓浸注罐中取出，裝入密閉反應室中，在60°C溫度條件下保溫
2.0h，然后加熱至80°C反應24h，讓改性劑在木材孔道中充分聚合固化；
(6)用本發(fā)明方法制備的酚醛樹脂強化楊木鋸材密度達到0.67g/cm3，色澤清晰亮麗，阻濕率MEE為74%，體積膨脹率減小87%，抗壓強度增加132%，磨耗量下降61%。
[0025]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種小分子酚醛單體在實木中強化木材的方法，其特征在于，具體步驟為: (1)實木的鋸解和干燥:將原木鋸解成需要的規(guī)格，然后按照木材干燥基準進行干燥，含水率控制在10%以下； (2)改性液的配制:改性液包括酸催化改性液或堿催化改性液；根據(jù)配方準確稱量改性液的每個組份，并且充分攪拌，混合均勻； (3)高壓真空浸注:將鋸解干燥過的木材裝入真空高壓浸注罐中，開啟真空泵抽真空，罐內壓力為0.01-0.02MPa維持l0-l20min ;開啟進液閥門將按照配方配制的酸催化改性液或堿催化改性液抽入真空高壓浸注罐內，使酸催化改性液或堿催化改性液液面完全覆蓋木材，加0.8^1.8MPa壓力浸潰2.0-8.0h,開啟排液閥門將酸催化改性液或堿催化改性液壓送回儲液槽，調整配比后留作下次使用，將浸注處理后的木材取出裝入密閉的固化反應室； (4)原位聚合固化反應:將經酸催化改性液或堿催化改性液浸注處理后的木材裝入密閉的固化反應室，在40-60°C溫度下保溫0.5~1.0h勻質，然后在60-140C溫度下聚合固化反應2.(T48h在木材空隙內原位聚合形成酚醛樹脂。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種小分子酚醛單體在實木中強化木材的方法，其特征在于，所述酸催化改性液的配方按照質量為:苯酚類物質100份、甲醛類物質30-60份、濃酸10^40份、表面活性劑0-40份、阻燃劑0-120份、著色劑0-200份；堿催化改性液的配方按照質量為:苯酚100份、濃度為36%~38%甲醛100~140份、堿10~40份、表面活性劑0-40份、阻燃劑0~80份、著色劑0-40份。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種小分子酚醛單體在實木中強化木材的方法，其特征在于，所述苯酚類物質選用苯酚、間苯二酚、間甲酚、二甲酚、對叔丁基酚、對苯基酚中的一種或幾種的混合物。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種小分子酚醛單體在實木中強化木材的方法，其特征在于，所述甲醛類物質選用甲醛和/或糠醛的混合物溶液，溶液濃度為36%~38%。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種小分子酚醛單體在實木中強化木材的方法，其特征在于，所述濃酸為濃鹽酸、濃磷酸或濃草酸。
6.根據(jù)權利要求2所述的一種小分子酚醛單體在實木中強化木材的方法，其特征在于，所述堿為氫氧化鈉、氫氧化鋇、氨水或氧化鋅。
【文檔編號】C08G8/10GK103600389SQ201310555196
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權日:2013年11月11日
【發(fā)明者】胡云楚, 陳旬, 袁利萍, 田梁材, 王潔, 吳義強 申請人:中南林業(yè)科技大學