專利名稱：：木材改性用樹脂組合物及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及處理木材的組合物，尤其涉及木材真空加壓浸漬改性用的組合物及其制備方法，本發(fā)明還涉及該組合物在木材改性中的應(yīng)用，屬于林產(chǎn)化工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：我國是世界上木材及木制品的消費(fèi)大國，又是全世界人均占有森林(木材)資源最少的國家之一。隨著經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定發(fā)展，人民生活水平的提高，我國木材的消耗也進(jìn)一步增加，供需矛盾隨之進(jìn)一步加劇。2006年，我國木材總消耗量為3.37億m3,其中工業(yè)\建筑用材2.45億m3,國內(nèi)每年供應(yīng)1.4~1.5億m3，木材市場供應(yīng)的缺口達(dá)l.6億1113以上。預(yù)計到2020年，中國的木材消費(fèi)量將達(dá)到6億1113左右，供需缺口將進(jìn)一步加大。為滿足國內(nèi)木材的供應(yīng)促使中國大量進(jìn)口木材。2006年，全國的木材進(jìn)口總量超過l億m3(原木材積)，其中原木進(jìn)口3215萬m3。中國大量進(jìn)口木材招致來自世界環(huán)保組織的指責(zé)，也成為某些大國對中國進(jìn)行政治攻擊的借口。增加木材進(jìn)口是中國在相當(dāng)長一段時間內(nèi)不得已采取的政策，但將會面臨更大的國際壓力。大力推進(jìn)速生豐產(chǎn)林建設(shè)，增加國內(nèi)木材的供應(yīng)，是我國政府近年來大力推進(jìn)和執(zhí)行的政策，也取得了相當(dāng)?shù)某删?。速生豐產(chǎn)林的木材生長迅速，可以緩解我國木材供需的矛盾。但速生木材存在著材質(zhì)疏松、易開裂變形和不耐腐朽的特點，應(yīng)用范圍受到限制，不能用于高檔家具等木制品，目前只能用于要求較低的人造板制造和造紙行業(yè)。有效地使用木材，延長木材的使用壽命，低檔木材高檔化應(yīng)用，這對我國建設(shè)資源節(jié)約型社會和環(huán)境保護(hù)具有重要戰(zhàn)略意義。國外木材改性的技術(shù)研究，主要集中在歐美發(fā)達(dá)國家。但歐美發(fā)達(dá)國家的木材供需矛盾并不突出，沒有產(chǎn)業(yè)化的必要性和緊迫性，因此，實驗室技術(shù)的實用性不高，其改性的原料與中國不一致，木材改性技術(shù)缺乏針對性，在中國難以推廣。國內(nèi)外木材改性技術(shù)產(chǎn)業(yè)化主要是木材防腐處理，以提高木材的使用壽命。木材經(jīng)防腐藥劑處理普遍存在藥劑的環(huán)保性差、處理成本高，其藥劑抗流失性差、易發(fā)霉等缺點，使用范圍受限制。因此，木材處理藥劑的環(huán)保性能、成本和功能性，一直是國內(nèi)外研究的重點。近幾年來，應(yīng)用當(dāng)代物理和化學(xué)技術(shù)對木材進(jìn)行改性處理，其產(chǎn)品集環(huán)保、尺寸穩(wěn)定、防腐、性能和紋理美觀等特性于一身，國外已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化的技術(shù)包括芬蘭ThermoWood、荷蘭PlatoWood、法國Retification和LeBoisPerdure工藝、德國熱油處理等方法。已經(jīng)發(fā)表的相關(guān)專利包括EP0018446,EP0612595,EP0623433,EP0622163,EP0759137,US5678324，EP89-2031709。在上述典型工藝中，以芬蘭木公司最早進(jìn)入中國市場，通過在國內(nèi)不同地方設(shè)立代理機(jī)構(gòu)進(jìn)行銷售，但價格很高。其改性的木材樹種和用途與中國市場需求存在差異，木材改性技術(shù)缺乏針對性，在中國難以推廣；而且由于歐美發(fā)達(dá)國家的木材供需矛盾并不突出，沒有產(chǎn)業(yè)化的必要性和緊迫性，因此大部分技術(shù)的實用性也較差。我國木材改性行業(yè)無論是生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)水平還是產(chǎn)品質(zhì)量、行業(yè)管理均與發(fā)達(dá)國家存在很大差距，如木材防腐處理目前還不到商品木材產(chǎn)量的1%，而發(fā)達(dá)國家一般達(dá)到15%以上。利用當(dāng)代物理和化學(xué)方法的木材改性技術(shù)，尚未能夠產(chǎn)業(yè)化。類似的方法，如申請?zhí)枮?8114271.0的中國發(fā)明專利申請(發(fā)明名稱一種木材改性方法)中提供的以松香、合成樹脂(SBS)、苯乙烯、汽油、乙醇、二甲酯、防老劑、防氧劑配制而成的改性溶劑為原材料對木材進(jìn)行浸漬處理，原材料成本高而復(fù)雜，限制了這些方法的推廣和應(yīng)用。木材改性的關(guān)鍵因素是浸漬、固化效果和成本，最常用作為木材改性處理的原材料是成本低廉的脲醛樹脂，然而脲醛樹脂黏度高，難以進(jìn)入木材內(nèi)部，導(dǎo)致僅留在木材表面，使得木材浸漬效果不佳，限制了它的進(jìn)一步使用。為了加大其溶解性，傳統(tǒng)的方法多采用向其中加入醇(甲醇或乙醇)，這樣不僅提高了成本也增加了環(huán)境問題；或是為了保證浸漬效果，釆用單體浸漬的方式進(jìn)行浸漬，由于脲醛樹脂的固化特性，單體的方式不便于樹脂的進(jìn)一步固化，降低了浸漬后木材的使用性能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的之一是提供一種價格低廉，工藝簡單有效，能夠有效提高木材尤其是人工林木材的木材密度、表面硬度、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性的木材改性用樹脂組合物。本發(fā)明的目的之二是將上述木材改性用樹脂組合物用于木材改性和木材加工。本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種木材改性用樹脂組合物，包括將醛類物質(zhì)與含氮有機(jī)物進(jìn)行羥曱基化反應(yīng)制備得到；優(yōu)選的，將醛類物質(zhì)與含氮有機(jī)物按照(0.5~2.5):1的摩爾比在弱堿性條件下進(jìn)行羥甲基化反應(yīng)制備得到。所述的醛類物質(zhì)優(yōu)選自曱醛，乙醛，丙醛或乙二醛中的任意一種或多種。所述的含氮有機(jī)物優(yōu)選自尿素、乙酰脲、1,6-己二胺或三乙烯四胺中的任意一種或多種。優(yōu)選的，所述的弱堿性是指pH值=7.5~10.0;優(yōu)選的，所述的幾甲基化反應(yīng)包括以下步驟(l)將醛類物質(zhì)的pH值調(diào)至弱堿性后再加入含氮有機(jī)物，得到混合物1;(2)將混合物1升溫至80~90°C,保溫；(3)向混合物1中加入水的重量為占混合物1固體重量的30-50wt%，得到混合物2;(4)將混合物2的pH值調(diào)至弱堿性后降溫出料，即得。對于上述羥曱基化反應(yīng)各步驟，更優(yōu)選的步驟(1)中用弱堿性物質(zhì)將醛類物質(zhì)的pH值調(diào)至7.5~10.0;步驟(1)中在不超過3(TC溫度的條件下向pH值調(diào)至弱堿性的醛類物質(zhì)中加入含氮有機(jī)物；步驟(2)中將混合物1在20-60分鐘的時間內(nèi)升溫至80~90。C然后保持該溫度2G6G分鐘；步驟(3)中向混合物1中加入一定量的水，最終混合物中固體重量為占混合物總重量的40wt°/。；步驟(4)中用弱堿性物質(zhì)將混合物2的pH值調(diào)至7.5~10.0;所述的降溫是指將將混合物2的溫度降至40。C以下；其中，步驟U)或(4)中所述的弱堿性物質(zhì)優(yōu)選自氨水，烏洛托品或醇胺等中的一種或多種。本發(fā)明以醛類物質(zhì)與含氮有機(jī)物為主要原料，采用簡單可行的方法控制上述原料的羥曱基反應(yīng)的進(jìn)程，生成一羥曱基脲和二羥曱基脲的低分子脲醛樹脂預(yù)聚物，該低分子脲醛樹脂預(yù)聚物具有較低的黏度，較好的穩(wěn)定性能(長時間放置不混濁)，可形成一定程度的低分子預(yù)縮物，使得木材浸漬液容易進(jìn)入到木材內(nèi)部；由于該低分子預(yù)縮物的存在使得后續(xù)的固化處理更容易進(jìn)行，從而使低分子預(yù)縮液能夠順利進(jìn)入到木材內(nèi)部，在高溫下進(jìn)一步固化，充分發(fā)揮提高木材性能的作用。本發(fā)明所用到的上述各種原料都可從化工商店購買得到，其規(guī)格符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明的另一個目的是將上述木材改性用樹脂組合物應(yīng)用于木材改性或木材加工。本發(fā)明的另一個目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的上述木材改性用樹脂組合物在木材改性或木材加工中的應(yīng)用，包括(1)將待處理的木材放入加壓浸注罐內(nèi)然后抽真空，在抽真空真空條件下吸入本發(fā)明改性用樹脂組合物，使該改性用樹脂組合物充滿浸注罐；(2)解除真空后將木材改性用樹脂組合物在1.0~1.5MPa的壓力下加壓浸注木材15小時；處理后的木材干燥固化，即得。上述應(yīng)用中，步驟(l)中優(yōu)選將待處理的木材放入加壓浸注罐內(nèi)然后抽真空0.5~3小時至真空度為-0.09~-0.095Mpa,在此真空條件下吸入本發(fā)明樹脂組合物充滿浸注罐；優(yōu)選的，步驟(2)中所述的木材干燥固化是指將處理后的木材在65-110。C的溫度下干燥固化1~10小時；所述的待處理的木材優(yōu)選為各種人工林木材，包括杉木、落葉松、楊木、泡桐、桉樹等樹種，更優(yōu)選為泡桐。本發(fā)明將醛類物質(zhì)與含氮有機(jī)物按照摩爾比(0.5~2.5):1在弱堿性條件下進(jìn)行羥甲基化反應(yīng)生成低分子脲醛樹脂預(yù)聚物，該低分子脲醛樹脂預(yù)聚物具有粘度低、水溶性良好、存儲穩(wěn)定性好等特點，適用于對各種樹種的真空加壓浸漬使用的需要，尤其適合于對低檔人工林加密，增加功能等方面使用的需要，可顯著提高木材的尺寸穩(wěn)定性，改善其物理力學(xué)性能，克服處理前在使用過程中的開裂變形等缺陷。將本發(fā)明組合物同水溶性良好的阻燃劑、防腐劑等功能性試劑復(fù)配使用時還可提高木材的阻燃、防蛀、防霉和防腐等性能。采用本發(fā)明組合物處理后的木材，不但保持了原有木材使用的優(yōu)點，而且解決了人工林木材在使用過程中的開裂變形問題，在提高木材強(qiáng)度和使用性的同時，亦使得木材具有良好的阻燃性。我國速生木材的資源非常豐富，用本發(fā)明組合物對速生材進(jìn)行化學(xué)改性處理后，處理材的尺寸穩(wěn)定性顯著提高，能克服其自身在使用過程中的開裂變形等缺陷，物理力學(xué)性能明顯改善，提高了阻燃、防蛀、防霉和防腐能力。此外經(jīng)過處理的木材其顏色基本不變。整個處理過程中，處理液可重復(fù)利用、工藝簡單不需要復(fù)雜的蒸煮設(shè)備、體系過程環(huán)保，無論是在能源節(jié)約和可持續(xù)發(fā)展上都有很好的經(jīng)濟(jì)效益和戰(zhàn)略意義。采用本發(fā)明組合物改性處理速生木材后，不僅解決了速生材本身在使用中存在的開裂變形等缺陷，提高了速生材的強(qiáng)度和耐久性，還使處理后的速生材具有一定的防腐和阻燃能力，其強(qiáng)度及其使用性均可與優(yōu)質(zhì)木材相媲美。本發(fā)明工藝合理，成本低廉，在不造成環(huán)境污染的情況下，大大提高了速生材(尤其是桉樹)的品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)價值，為速生材的使用拓展了一條新的路徑。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例來進(jìn)一步描述本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可以對本發(fā)明技術(shù)方案的細(xì)節(jié)和形式進(jìn)行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。實施例1一、木材改性用樹脂組合物的制備取37%甲醛(w/v)568Kg加六亞甲基四胺調(diào)pH8.0，加熱，在溫度30。C以內(nèi)加入280Kg尿素，30min升溫至85°C，保溫30min;加水377Kg后加20%氨水(w/v)調(diào)pH8.3,降溫至40。C以下出料。本實施例所制備的木材改性用樹脂組合物的各項性能見表1。表1木材改性用樹脂組合物的各項性能性能固含/%黏度(涂4杯，25°C)/S浸漬液性能8.338.7110，60二、木材改性用樹脂組合物的應(yīng)用(1)將待處理的泡桐木材4OL放入容積11OL加壓浸注罐內(nèi)然后抽真空，在真空度為-O.09~-0.095MPa的真空條件下吸入80L左右本實施例所制備的木材改性用樹脂組合物，使該木材改性用樹脂組合物充滿浸注罐；(2)解除真空后在0.6~0.8MPa的壓力下加壓浸注木材5小時；處理后的木材在65~ll(TC的溫度下干燥固化5小時，即得。經(jīng)檢測，經(jīng)過本發(fā)明木材改性用樹脂組合物改性后的泡桐木材的各性性能見表2。表2改性前后的泡桐木材的各項性能對比改性前改性后木材密度(g/cm3)0.50.6表面硬度(N)25004000濕脹率(％)9.25.1吸水率(％)285130從表2中可見，采用本發(fā)明木材改性用樹脂組合物改性后的泡桐木材，相*于改性前，其各項理化性能均有顯著改善。實施例2一、木材改性用樹脂組合物的制備取40%乙醛(w/v)1027Kg加20%氨水(w/v)調(diào)pH8.5,加熱，在溫度30°C以內(nèi)加入MOKg尿素，30min升溫至90°C,保溫40min;力口水420Kg后加20%氨7jc(w/v)調(diào)pH8.5，降溫至40。C以下出料。本實施例所制備的木材改性用樹脂組合物的各項性能見表3。表3木材改性用樹脂組合物的各項性能性能PH固含/%黏度(涂4杯，25°C)/S浸漬液性能8.538.2011，30二、木材改性用樹脂組合物的應(yīng)用(1)將待處理的泡桐木材4OL放入容積11OL加壓浸注罐內(nèi)然后抽真空，在真空度為-0.09~-0.095MPa的真空條件下吸入80L左右本實施例所制備的木材改性用樹脂組合物，使該木材改性用樹脂組合物充滿浸注罐；(2)解除真空后在0.8~1.OMPa的壓力下加壓浸注木材3小時；處理后的木材在65110。C的溫度下干燥固化6h,即得。經(jīng)檢測，經(jīng)過本發(fā)明木材改性用樹脂組合物改性后的泡桐木材的各性性能見表4.表4改性前后的泡桐木材的各項性能對比改性前改性后木材密度(g/cm3)0.50.58表面硬度(N)25003500濕脹率(％)9.26.3吸水率(％)285160從表4中可見，采用本發(fā)明木材改性用樹脂組合物改性后的泡桐木材，相比于改性前，其各項理化性能均有顯著改善。實施例3一、木材改性用樹脂組合物的制備取37%曱醛(w/v)649Kg加20%氨水(w/v)調(diào)pH8.0,加熱，在溫度30。C以內(nèi)加入204Kg乙酰脲，40min升溫至90°C,保溫40min;加水257Kg后加20%氨水(w/v)調(diào)pH8.0,降溫至4(TC以下出料。本實施例所制備的木材改性用樹脂組合物的各項性能見表5。表5木材改性用樹脂組合物的各項性能性能固含/%黏度(涂4杯，25。C)/S浸漬液性能8.037.1010，40二、木材改性用樹脂組合物的應(yīng)用(1)將待處理的泡桐木材4OL放入容積11OL加壓浸注罐內(nèi)然后抽真空，在真空度為-O.09~-0.095MPa的真空條件下吸入80L左右本實施例所制備的木材改性用樹脂組合物，使該木材改性用樹脂組合物充滿浸注罐；(2)解除真空后在1.0~1.2MPa的壓力下加壓浸注木材4小時；處理后的木材在65110。C的溫度下干燥固化7h,即得。經(jīng)檢測，經(jīng)過本發(fā)明木材改性用樹脂組合物改性后的泡桐木材的各性性能見表6。表6改性前后的泡桐木材的各項性能對比改性前改性后木材密度(g/cm3)0.50.55表面硬度(N)25003200濕脹率(％)9.27.1吸水率(％)285200從表6中可見，采用本發(fā)明木材改性用樹脂組合物改性后的泡桐木材，相比于改性前，其各項理化性能均有顯著改善。實施例4一、木材改性用樹脂組合物的制備取37%曱醛(w/v)568Kg加三乙醇胺調(diào)pH7.5,加熱，在溫度30。C以內(nèi)加入280Kg尿素，35min升溫至80°C，保溫30min;加水3777Kg后加20%氨水(w/v)調(diào)pH8.3，降溫至40。C以下出灃+,即得。本實施例所制備的木材改性用樹脂組合物的各項性能見表7。表7木材改性用樹脂組合物的各項性能性能pH固含/%黏度(涂4杯，25。C)/S浸漬液性能8.338.4010，25二、木材改性用樹脂組合物的應(yīng)用(1)將待處理的泡桐木材4OL》t入容積11OL加壓浸注罐內(nèi)然后抽真空，在真空度為-O.09~-0.095MPa的真空條件下吸入80L左右本實施例所制備的木材改性用樹脂組合物，使該木材改性用樹脂組合物充滿浸注罐；(2)解除真空后在1.OMPa的壓力下加壓浸注木材4小時；處理后的木材在65~11(TC的溫度下干燥固化5h，即得。經(jīng)檢測，經(jīng)過本發(fā)明木材改性用樹脂組合物改性后的泡桐木材的各性性能見表8。表8改性前后的泡桐木材的各項性能對比<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從表8中可見，采用本發(fā)明木材改性用樹脂組合物改性后的泡桐木材，相比于改性前，其各項理化性能均有顯著改善。權(quán)利要求1、一種木材改性用樹脂組合物，其特征在于包括將醛類物質(zhì)與含氮有機(jī)物進(jìn)行羥甲基化反應(yīng)制備得到。2、按照權(quán)利要求l所述的木材改性用樹脂組合物，其特征在于將醛類物質(zhì)與含氮有機(jī)物按照0.5~2.5:1的摩爾比在弱堿性條件下進(jìn)行羥甲基化反應(yīng)制備得到。3、按照權(quán)利要求1或2所述的木材改性用樹脂組合物，其特征在于所述的醛類物質(zhì)選自甲醛，乙醛，丙醛或乙二醛中的一種或多種。4、按照權(quán)利要求1或2所述的木材改性用樹脂組合物，其特征在于所述的含氮有機(jī)物選自尿素、乙酰脲、1,6-己二胺或三乙烯四胺中的一種或多種。5、按照權(quán)利要求1或2所述的木材改性用樹脂組合物，其特征在于，所述的羥甲基化反應(yīng)包括以下步驟(1)將醛類物質(zhì)的pH值調(diào)至弱堿性后再加入含氮有機(jī)物，得到混合物l;(2)將混合物1升溫至80~90°C,保溫；(3)向保溫后的混合物1中加入水，至水的重量占混合物1固體重量的30-50wt°/。，得到混合物2;(4)將混合物2的pH值調(diào)至弱4^性后降溫出料，即得。6、按照權(quán)利要求5所述的木材改性用樹脂組合物，其特征在于步驟(l)中用弱堿性物質(zhì)將醛類物質(zhì)的pH值調(diào)至7.5~10.0后在不超過3(TC溫度的條件下向該醛類物質(zhì)中加入含氮有機(jī)物，得到混合物1。7、按照權(quán)利要求5所述的木材改性用樹脂組合物，其特征在于步驟(2)中將混合物1在20-60分鐘的時間內(nèi)升溫至80~9(TC然后保持該溫度2G-6G分鐘。8、按照權(quán)利要求5所述的木材改性用樹脂組合物，其特征在于步驟(4)中用弱堿-威性物質(zhì)將混合物2的pH值調(diào)至7.5~10.0后再將混合物2的溫度降至40'C以下。9、權(quán)利要求1或2所述的木材改性用樹脂組合物在木材改性或木材加工中的應(yīng)用，包括(1)將待處理的木材放入加壓浸注罐內(nèi)然后抽真空，在抽真空的條件下吸入權(quán)利要求1或2所述的木材改性用樹脂組合物，使木材改性用樹脂組合物充滿浸注耀；(2)解除真空后將木材改性用樹脂組合物在1.0-1.5MPa的壓力下加壓浸注木材15小時；處理后的木材干燥固化，即得。10、按照權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于步驟(1)中將待處理的木材放入加壓浸注罐內(nèi)然后抽真空0.5~3小時至真空度為-0.09~-0.095Mpa;步驟(2)中將處理后的木材在65~ll(TC的溫度下干燥固化1~10小時。11、按照權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于所述的待處理的木材是各種人工林木材；優(yōu)選的，所述的人工林木材包括杉木、落葉松、楊木、泡桐或桉樹。全文摘要本發(fā)明公開了一種木材改性用樹脂組合物及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明將醛類物質(zhì)與含氮有機(jī)物按照(0.5～2.5)∶1的摩爾比在弱堿性條件下進(jìn)行羥甲基化反應(yīng)得到低分子脲醛樹脂預(yù)聚物，該低分子脲醛樹脂預(yù)聚物產(chǎn)物具有粘度低、水溶性好、存儲穩(wěn)定性高等特點，適用于對各種樹種的真空加壓浸漬使用的需要，尤其適合于對低檔人工林加密，增加功能等方面使用的需要，可顯著提高木材的尺寸穩(wěn)定性，改善其物理力學(xué)性能，克服木材在使用過程中存在的開裂變形等缺陷。本發(fā)明組合物同水溶性良好的阻燃劑、防腐劑等功能性試劑復(fù)配使用時還可有效提高木材的阻燃、防蛀、防霉和防腐等性能。文檔編號B27K3/34GK101602216SQ200910082670公開日2009年12月16日申請日期2009年4月24日優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日發(fā)明者鄧雄飛,雷得定申請人:永港偉方(北京)科技股份有限公司