[发明专利]木质纤维素材料的部分脱木质素和填充的方法以及能够通过这种方法获得的复合材料结构

说明书

本发明涉及木质纤维素材料的结构的处理方法，该木质纤维素材料优选为木材，所述方法包括以下步骤：(1)利用有机流体浸湿材料以溶解该材料中的木质素的至少40％且至多85％；(2)利用有机流体洗涤以排出溶解的木质素；(3)利用填充化合物进行填充；以及(4)修整，以获得由被引入到纤维素和木质素的网络中的转化的填充化合物的三维网络形成的复合材料。本发明还涉及能够如此获得的复合材料结构，以及包含这种结构的任何部件。

技术领域

本发明涉及木质纤维素材料的改性处理，以及能够通过这种处理获得的任何改性木质纤维素材料(被称为“复合材料”)，其天然构造基本上并且有利地被保持。尤其是，本发明涉及木质纤维素材料的结构的部分脱木质素和填充的方法，以及通过这种方法获得的结构。木质纤维素材料优选是木材。

背景技术

现有技术

已知可以通过用至少一种单体和/或聚合物浸渍木材来改善木材的某些机械性能，例如抗压强度和抗弯强度。这种利用单体和/或聚合物浸渍的木材通常被称为木材复合材料。它通常是表面浸渍的实木，即基本上在从表面开始的小厚度上浸渍。

一种生产木材复合材料的已知方法包括将待处理木材浸入在其中溶解有单体和/或聚合物的流体如水溶液中，并对流体加压以将单体和/或聚合物引入木材。但是，这种方法需要长时间并且需要使用高压以便深度浸渍木材。

因而寻求对这种方法进行改进，例如通过使用部分真空来进行。但是没有出现任何令人满意的解决方案，因为如此设想的所有技术都受到其长持续时间的损害，这主要归因于难以深度浸渍木材的孔隙。

还已知利用甲基丙烯酸甲酯(MMA)浸渍木材，然后聚合如此浸渍的单体。该聚合可例如通过使用高能辐射如激光束或伽马射线来进行。这种方法是缓慢的，并且使用高能辐射被证明是特别高成本的。

此外，在文献WO 90/02612中已经提出通过使用超临界(状态的)流体在酸性或碱性(碱类)介质中用单体浸渍木材。这种超临界流体有助于将单体或聚合物浸渍到多孔木材中。

在WO 90/02612中提出的第一实施方式包括在保持在超临界条件下的第一流体的存在下用碱性或酸性介质浸渍木材，在保持在超临界条件下的第二流体的存在下由这种介质消化(digestion)浸渍的木材，以便从木材中提取可提取物质和木质素，这导致获得与超临界流体和可提取产物分离的基本上离散的纤维。如此获得的木材被回收，然后被转化成纸。

这种第一实施方式仅专用于木屑(“chips”)，因为看起来木质素如果不是全部的话也会是非常大的一部分被从木材中提取，这导致破坏了木材的内部构造。因而，在WO 90/02612的实施例中，一旦可提取物质和木质素被提取，则这些木屑就成为浆料状态。如此获得的浆料(处于附聚成糊料的离散纤维的状态下)使得能够获得相对于现有技术来说在机械性能方面具有更高质量的(压缩木料类型的)木材板。

在WO 90/02612中提出的第二实施方式包括用超临界状态的第一流体处理包含纤维素的材料，以便从包含纤维素的材料中提取可提取物质(但不是木质素)；从该材料分离包含可提取物质的超临界溶剂，以获得包含较少可提取物质的材料；在足以使得将单体浸渍到材料中的条件下使包含纤维素和较少可提取物质的材料与包含可聚合单体的第二超临界流体接触；单体沉淀到纤维素的内部；并且沉淀的单体原位聚合，以获得包含纤维素的材料。这种材料具有改善的性能。

这种第二实施方式尤其用于具有特定尺寸的木块。因而，在实施例中，大块或原木(“large blocks or logs”)用MMA或用苯乙烯进行处理。

但是，在WO 90/02612中描述的两种实施方式不能保持木材的微观构造，同时使填充材料充分替代木质素。这是因为，根据此文献的处理要么导致脱木质素是几乎全部的并且导致获得浆料，要么导致脱木质素是极其轻微的，或者甚至根本没有。