[发明专利]一种可应用于木材浸渍处理的热膨胀微球及其制备方法

说明书

本发明涉及一种可应用于木材浸渍处理的热膨胀微球及其制备方法，以及将其浸渍入木材细胞腔并实现膨胀的方法。本发明为了克服天然木材不稳定性等天然不足，提出采用热膨胀微球对木材进行浸渍改性处理，利用热膨胀微球质轻特性，在低增重条件下改善木材性质。从木材空隙结构出发，采用悬浮聚合，控制水、油相制备的配方、加料顺序、间隔、搅拌速度，调控均化转速，借助冰水浴及阶梯升温，全程在常压下制备2～10μm粒径热膨胀微球。利用热膨胀微球浸渍处理木材，且在干燥之后通过加热使其在木材中膨胀。本发明全程在常压下制备，提高工艺安全系数及便捷程度。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种可应用于木材浸渍处理的热膨胀微球及其制备方法。

背景技术

热膨胀微球是一种具有核-壳结构的人工合成高分子材料，在一定温度作用下，微球内部的烷烃气化，产生压力使软化的聚合物外壳发生膨胀，从而使微球体积提升若干倍。基于这一独特性质，热膨胀微球已逐渐应用于发泡塑料、汽车底盘、立体涂料、造纸、易剥离膜层等领域或产品。

木材是一种使用历史悠久的天然高分子材料，依靠其可再生、强重比高等优异性质，常作为建材、家具等制品的核心原材料。然而，以实体形式使用的木材不可避免地保留着其天然不足，其中以尺寸不稳定性最为关键，此外在耐腐性、耐光老化性以及力学性能等方面也存在一定提升潜力。再加上目前我国还存在着“大力推动杨木、桉木、松木速生材的实木化利用”与“速生材的材性十分低劣”之间的矛盾。因此，进一步针对木材改性剂开展研究是木材科学研究领域一项极为关键的任务。

木材具有多孔性，内部存在包括木材细胞腔等在内的多级空隙结构。通过浸渍使改性剂在木材细胞腔中填充，发挥切断水分迁移通道的作用，是一种常见的木材改性方法。然而，由于木材细胞腔体积占据绝大部分木材内部空隙体积，若完全填充，一方面需消耗大量改性剂，提高成本；另一方面使木材质量显著增大，为后续加工带来一定不利因素。因此，将热膨胀微球应用于木材浸渍，并使热膨胀微球在木材细胞腔中实现膨胀，利用其质轻并且膨胀后密度进一步显著减小的性质，对于在低增重的条件下改善木材性质具有可观潜力。

然而，受限于木材细胞腔的尺寸，仅有小粒径热膨胀微球能够通过浸渍的方式进入木材细胞腔中。在热膨胀微球当前的若干应用领域中，小粒径并非重要的考虑因素。对于目前已公开专利，CN105722868.A公布了一种热膨胀性微小球的制备方法，所得微球平均粒径为0.01～10μm，然而该发明制备工艺复杂，且优选反应压力为0.2～2.0MPa，同时产物粒径分布较宽，对应用于木材浸渍改性存在一定消极影响。CN104140549.A提出了一种低温热膨胀微球制备方法，优选反应压力低于前述专利，为0.1～1.0MPa，然而产物粒径达10～50μm。

此外，目前尚无关于将热膨胀微球应用于木材浸渍改性的专利及文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种可应用于木材浸渍处理的小粒径热膨胀微球以及其制备方法。

本发明的另一目的是提供一种在常压下制备可应用于木材浸渍处理的小粒径热膨胀微球，并使浸渍入木材细胞腔的微球发生膨胀的方法。

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

一种可应用于木材浸渍处理的小粒径热膨胀微球，具有核-壳结构，所述核-壳结构包括外壳和芯层，外壳由若干种含有一个碳碳双键的烯类单体的共聚物构成，芯层为饱和烷烃。烯类单体在引发剂的作用下发生自由基聚合，所得聚合物分子链在交联剂的作用下相互之间形成化学结合，最终形成致密微球外壳。与此同时，烷烃因相分离原理处于单体液滴内部直至微球合成完毕。

其中，所述含有一个碳碳双键的烯类单体类型包括但不限于丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐等，优选丙烯腈占烯类单体总质量的30～60％、丙烯酸甲酯占烯类单体总质量的10～40％、乙酸乙烯酯占烯类单体总质量的0～30％、马来酸酐占烯类单体总质量的0～5％。