[发明专利]一种树脂浸渍预处理木材制备功能性木材的方法

说明书

本发明公开了一种树脂浸渍预处理木材制备功能性木材的方法，本发明属于木材改性技术领域。具体步骤包括以下四个部分：丁二酸酐预处理木材、干燥处理、三聚氰胺改性脲醛树脂浸渍丁二酸酐预处理木材和真空干燥处理。首先是利用丁二酸酐对含水率20％以下的木材样本进行预处理，干燥后获得丁二酸酐改性木材。随后，利用真空加压浸渍技术将水溶性低分子量三聚氰胺改性脲醛树脂浸渍到丁二酸酐改性木中，然后对浸渍后的木材进行真空干燥处理，最后获得功能性木材。本发明采用的方法相较于单一的树脂浸渍处理，树脂浸渍改性剂能够与丁二酸酐预处理木材产生新的牢固化学键，不仅制备出的木材尺寸稳定性、力学性能以及耐久性得到增强，而且赋予了木材优良的热稳定性和阻燃性能。

技术领域

本发明涉及木材改性领域，具体涉及一种树脂浸渍预处理木材制备功能性木材的方法。

背景技术

木材作为一种丰富的可再生绿色资源，因其具有优良的性能而广泛应用于工程建筑材料。比如：(1)木材的强重比比一般的金属大，即木材密度低而强度大；(2)木材纹理美观，色泽丰富，能起到特殊的装饰效果且又能有效的吸附对人体视觉有害的紫外线，给人以舒适、健康；(3)木材具有良好的热、电绝缘性，可以应用于器具的把柄；(4)木材具备优良的弹塑性，增加了使用的安全性；(5)木材可以调温降湿，具有良好的环境适应性。但是，与此同时，木材自身也存在着一些缺点。例如：(1)木材具有丰富的羟基，易干缩湿胀，尺寸稳定性差。且由于各向异性，木材在各个方向的干缩湿胀都存在着差异，这可能导致木材发生开裂、翘曲等缺陷；(2)木材容易腐朽和虫蛀；(3)木材易燃烧；(4)一些优良木材的生长周期长，成本高而速生材虽然生长周期变短，但各项性能不尽人意，无法投入实际应用。

目前木材工业的发展已经从以天然林为主要原料的阶段，逐步进入到以速生林为主要原料的阶段。虽然对速生材进行改性优化处理的技术日渐完善，但改性后木材仍面临功能性单一，适用性范围有限等问题。因此为了使改性后的速生材不仅获取优良力学性能和尺寸稳定性，而且能够得到特定的功能性，增加适用范围，进而能够作为特定功能性材料应用于实际，这一研究将成为必然趋势。常见木材改性方法有：一、木材乙酰化，其原理是利用乙酰化试剂与木材羟基发生酯化反应，从而减少木材细胞壁聚合物中的羟基与水分子结合的机会，因此乙酰化处理过的木材具有良好的尺寸稳定性和耐腐性等特点。但是，与此同时，木材乙酰化改性过程中容易产生副产物乙酸以及一些未反应的酸酐。而纤维素，半纤维素在酸性条件下容易降解，会进一步造成木材强度的下降。到目前为止，木材乙酰化中乙酸和酸酐的处理的问题仍未得到有效解决，乙酰化木材的应用范围受到限制。因此，工业前景并不乐观；二、木材浸渍改性，其中专利号为CN201510320248.0的中国专利利用酚醛树脂、脲醛树脂作为改性处理剂，对木材浸渍处理改性，进入到木材内部的树脂干燥固化后能够极大的提高速生材的表面硬度和耐磨性。然而选择酚醛或脲醛树脂作为改性剂，虽然对木材性能带来一提升，但是树脂浸渍作为一种物理方式处理木材，其改性剂与木材之间并无牢固的化学键链接，这就造成了改性木材的耐久性以及使用寿命短，其次木材中存在丰富的羟基，虽然树脂浸渍后固化形成的网状结构堵塞了木材孔道，一定程度上减少了水分子与羟基结合的机会，但仍无法从根本上解决木材存在的尺寸稳定性问题。因此，单纯采用树脂浸渍木材效果仍不理想；申请号为200810030688.2的中国专利是利用蜂蜡浸渍处理木材赋予木材尺寸稳定性和表面疏水性,但蜂蜡疏水效力耐久性差，使用寿命短，这对木材尺寸稳定性提升也几乎无太大提升。且蜡处理的木材表面容易遭受污染，对木材阻燃和耐候性几乎无改善；三、热处理木材方法，该方法是将木材置于120-150度的高温热处理炉中，使得木材含水率降低至5％以下，随即升温至200-240度，保温2-3小时；然后降低温度至100度以下，在利用蒸汽对木材进行处理，直至木材含水率到7-10％；最后继续降低反应炉的温度直至木材内部的温度为40度左右后出炉，大气环境条件下气干2周以上的时间从而获得热处理木材。对木材进行短期热解处理是一种环保型木材物理保护技术，不仅可以改善木材的尺寸和颜色，而且还能增强稳定性、耐久性。但是热处理木材消耗能源成本较高，同时很难制备质量一致的产品，且高温热处理阶段由于混入氧气，会使得木材在处理过程中容易被氧化，造成木材强度的降低，从而限制的热处理木材的适用范围，造成其应用价值大打折扣；四、近年来，得到广泛认可和深入研究的新兴颠覆性革新技术—纳米超疏水仿生荷叶自清洁技术，可以使木材从根本上防水且具有自清洁技术，是一项具有巨大潜力的应用。但是，这项技术无法同步赋予木材防油污染、防腐、阻燃、室外耐光候等，尚存在不同程度的问题，技术条件尚不成熟。