專利名稱：：木材改性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低分子樹脂組合物及其制備方法，本發(fā)明還涉及該木材改性組合物在木材真空加壓浸漬改性中的應(yīng)用，屬于林產(chǎn)化工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：木材是人類的朋友，是當(dāng)今公認(rèn)的四大建材(鋼材、木材、水泥、塑料)中唯一資源可再生的材料，但我國又是一個(gè)森林資源相對不足的國家，人均森林蓄積量只有世界平均水平的1/6。近年來，由于人們的過度采伐，導(dǎo)致世界范圍內(nèi)的森林資源急劇下降。南美一些地方的熱帶雨林面積的減少，非洲一些國家原始森林的破壞，我國天然林面積的急劇下降，更加重了人們的擔(dān)心。我國有森林面積l.337億公項(xiàng)，森林蓄積101.3億立方米，僅次于俄羅斯、巴西、加拿大和美國，居世界第五位。但我國地大人多，土地面積占世界總量的7%,人口占世界總量的22%,而森林面積僅占世界4%,林木蓄積不足世界總量的3%。按人均占有量計(jì)算，人均森林面積O.ll公項(xiàng)，只有世界平均水平的l/6;人均森林蓄積量8.6立方米，只及世界平均水平的l/8;年人均消費(fèi)木材只有0.22立方米，而世界平均為O.65立方米。發(fā)達(dá)國家人均消費(fèi)l.16立方米，比我國高5倍多，差距^_相當(dāng)大的。按人均計(jì)算，我國是一個(gè)木材十分匱乏的國家，人均森林面積為世界平均水平的22%,列世界第134位，人均森林蓄積量為世界平均水平的14.6%,列世界的122位。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，我國木材消耗的進(jìn)一步增加，供需的矛盾進(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)1.6億1113以上。按照近10年我國木材消費(fèi)平均年增長率3.71%計(jì)算，預(yù)計(jì)到2020年，中國的木材消費(fèi)量將達(dá)到6億m3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，已招致來自世界環(huán)保組織的指責(zé)，也成為某些大國對中國進(jìn)行政治攻擊的借口之一。增加木材進(jìn)口是中國在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)不得已采取的政策，但將會(huì)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?。目前，我國人工林面積5326萬hm2,蓄積量l5億m3,居世界第一。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。但木材存在著材質(zhì)疏松、易開裂變形和不耐腐朽的特點(diǎn)，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，對我國建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)和環(huán)境保護(hù)具有重要戰(zhàn)略意義。木材改性技術(shù)在中國具有廣闊的市場前景。2006年國內(nèi)木材消耗量3.37億m3，木材包括防腐改性處理的比例占1%。其中，有超過1億013的木材需要包括改性處理以延長使用壽命和提高使用價(jià)值。2006年我國進(jìn)口木材達(dá)3973萬m3，其中，可以使用國內(nèi)速生林木材改性木替代使用的木材超過20%,達(dá)700萬m3。按《國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)國家發(fā)展改革委等部門關(guān)于加快推進(jìn)木材節(jié)約和代用工作意見的通知》提出要"推行木材保護(hù)技術(shù)，延長木材制品使用期限，加快推進(jìn)木材防腐和人工林木材改性產(chǎn)業(yè)化，，，規(guī)劃在2010年，將我國木材包括防腐改性處理的比例提高到占當(dāng)時(shí)國內(nèi)商品木材總量的5%左右，我國每年木材改性處理的總量應(yīng)該超過500萬m3，每年產(chǎn)值超過400億元的市場。因此，改性木:f支術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，市場前景廣闊。木材浸漬化學(xué)改性的關(guān)鍵因素是浸漬、固化效果和成本，最常用作為木材處理的的原材料是成本低廉的脲醛樹脂，然而脲醛樹脂具有教度高，難以進(jìn)入木材內(nèi)部，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)的方法加入醇(曱醇或乙醇)，提高了成本，增加了環(huán)境問題，或是為了保證浸漬效果，采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(jià)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)定性的木材改性組合物。本發(fā)明的目的之二是提供一種制備上述木材改性組合物的方法。本發(fā)明的目的之三是將上述木材改性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(shí)現(xiàn)的一種木材改性用組合物，由低分子脲醛樹脂和羥曱基脲混合物組成；其中，該羥曱基脲混合物主要由一幾甲基脲和二羥甲基脲按照任意比例所組成。所述的低分子脲醛樹脂可參考以下方法制備得到(1)將醛類物質(zhì)的pH值調(diào)至弱堿性加入含氮有機(jī)物，進(jìn)行羥曱基化反應(yīng)；其中，醛類物質(zhì)和含氮有機(jī)物的摩爾比為(1~3):1;(2)羥甲基化反應(yīng)完成后將反6應(yīng)產(chǎn)物的pH值調(diào)至弱酸性后進(jìn)行縮聚反應(yīng)；(3)縮聚反應(yīng)完成后將產(chǎn)物的pH值調(diào)至弱堿性，降溫，出料，即得；優(yōu)選的，步驟(1)中將醛類物質(zhì)用弱堿性物質(zhì)調(diào)pH值至7.5~10.0,30。C以內(nèi)加入含氮有機(jī)物；所述的羥曱基化反應(yīng)的條件優(yōu)選為在80~90。C的溫度下反應(yīng)20~60min,然后在80~90°C內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)20~60min;優(yōu)選的，步驟(2)中羥曱基化反應(yīng)完成后將反應(yīng)產(chǎn)物用弱酸性物質(zhì)pH值調(diào)至3.5~6.0;所述的縮聚反應(yīng)的條件優(yōu)選是縮聚反應(yīng)溫度80-90°C,縮聚反應(yīng)時(shí)間30~100min;優(yōu)選的，步驟(3)中縮聚反應(yīng)完成后將pH值調(diào)至7.0~10.0,降溫至40。C以下出料；優(yōu)選的，所述的弱堿性物質(zhì)選自30%氫氧化鈉水溶液，氨水，烏洛托品或醇胺中的一種或多種；優(yōu)選的，所述的弱酸性物質(zhì)選自檸檬酸、草酸、氯化氨、曱酸等中的一種或多種；所述的羥曱基脲混合物(主要由一羥甲基脲和二羥甲基脲所組成)的制備方法，包括以下步驟將醛類物質(zhì)用水稀釋至30~35%濃度，調(diào)pH值至弱堿性加入含氮有機(jī)物進(jìn)行羥曱基化反應(yīng)，其中，醛類物質(zhì)含氮有機(jī)物的摩爾比為(0.3~2):1;羥曱基化反應(yīng)完成后將產(chǎn)物的pH值調(diào)至弱堿性，降溫至40。C以下出料，即得；其中，所述的羥甲基化反應(yīng)優(yōu)選是將反應(yīng)原料在20-60min內(nèi)升溫至80-90。C繼續(xù)反應(yīng)20-60min;所述的弱堿性優(yōu)選是pH值為7.5~10.0;所述的醛類物質(zhì)優(yōu)選自曱醒，乙醛，丙趁或乙二醛中的一種或多種。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一種或多種。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)明的再一個(gè)目的是將上述木材改性組合物應(yīng)用于木材改性或木材加工。本發(fā)明的再一個(gè)目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的上述木材改性組合物在木材改性或木材加工中的應(yīng)用，包括(1)將占浸注灌內(nèi)體積40~80%的待處理的木材放入加壓浸注罐內(nèi)，真空處理0.5~5小時(shí)，解除真空后吸入木材改性用組合物充滿浸注罐；(2)在0.8~1.6MPa的壓力下加壓浸注木材2~10小時(shí)；處理后的木材干燥固化，即得。上述的應(yīng)用中，步驟(l)中所述的真空條件優(yōu)選為真空度是-O.09~-0.095Mpa;步驟(2)中優(yōu)選將處理后的木材在65110。C的溫度下干燥固化2~16小時(shí)；所述的待處理的木材可以是各種人工林木材，主要包括杉木、落葉松、楊木、泡桐、桉樹等樹種，優(yōu)選為泡桐。單一的低分子脲醛樹脂膠存在著穩(wěn)定性差，固化不良等缺點(diǎn)，有待改進(jìn)。本發(fā)明木材改性用組合物由低分子脲醛樹脂與一羥甲基脲和二羥甲基脲混合而成，具有較低的貌度，較好的穩(wěn)定性能(長時(shí)間放置不混濁)。本發(fā)明木材改性用組合物由形成一定程度的脲醛樹脂和羥曱基脲混合物所組成，在浸漬時(shí)，低分子的羥甲基脲混合物由于分子量小，黏度低的緣故容易進(jìn)入到木材內(nèi)部，而脲醛樹脂因?yàn)槠浞肿恿枯^大的影響會(huì)主要停留在木材表面，經(jīng)過浸漬固化后，木材里層的羥曱基脲混合物容易與木材外層的脲醛樹脂發(fā)生交連，從而起到增強(qiáng)固化效果的作用，所制成產(chǎn)品曱醛釋放量達(dá)到El級要求。本發(fā)明采用含有水溶性脲醛樹脂和羥甲基脲組成木材改性用樹脂組合物，對木材進(jìn)行加壓浸注，浸注的木材干燥固化后，使得低分子組合物聚合成高分子組合物，起到填充和粘結(jié)的作用。通過本發(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(diǎn)，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(shí)，亦使得木材具有阻燃性。將本發(fā)明組合物同水溶性良好的阻燃劑、防腐劑等等功能性試劑復(fù)配使用時(shí)還提高了木材的阻燃、防蛀、防霉和防腐等性能。用本發(fā)明木材改性組合物對我國資源豐富的速生材泡桐進(jìn)行化學(xué)改性處理，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(gè)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)展上都有纟艮好的經(jīng)濟(jì)效益和戰(zhàn)略意義。木材改性處理后，不僅解決了泡桐本身在使用中存在的強(qiáng)度差、密度低等缺陷，提高了強(qiáng)度和耐久性，還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)明不僅在不造成環(huán)境污染的情況下，大大提高了桉樹的品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)價(jià)值，為速生材的使用拓展了一條新的路徑。本發(fā)明工藝簡單合理，所用原材料均成本低廉。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)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)。9實(shí)施例1一、木材改性組合物的制備(1)A組分的制備取550kg曱醛(37%)加30%氫氧化鈉調(diào)pH8.0~8.5,加入207kg尿素，30min升溫至90°C,保溫反應(yīng)20min;加檸檬酸調(diào)pH4.6~4.8,溫度90。C,縮聚反應(yīng)5060min(參考30。C涂-4粘度1420s),調(diào)pH7.5~8.0，降溫出料。(2)B組分的制備取100kg曱醛(37%)加水23kg,加25%氨水調(diào)pH8.0~8.5,加入148kg尿素，30min升溫至90°C,保溫反應(yīng)15min，25%氨水調(diào)pH7.5-8.0,降溫出料；將A組分與B組分按照1:1重量比進(jìn)行混合，就得到本發(fā)明改性組合物，其性能見表l。表l本發(fā)明改性組合物的性能pH固含/%粘度(涂-4)/S性能8.046.5011，15二、木材改性用組合物的應(yīng)用(1)將占浸注灌內(nèi)體積50%的待處理的木材放入加壓浸注罐內(nèi)，在真空度是-O.09~-0.095Mpa條件下真空處理2小時(shí)，解除真空后吸入本實(shí)施例所制備的木材改性用組合物充滿浸注罐。(2)在1.0~1.2MPa的壓力下加壓浸注木材5小時(shí)；處理后的木材在65110。C的溫度下干燥固化5h,即得。經(jīng);險(xiǎn)測，經(jīng)過本發(fā)明木材改性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(xiàng)性能對比改性前改性后木材密度(g/cm3)0.30.4表面石更度(N)20004000濕脹率(％)9.24.1吸水率(％)285100實(shí)施例2一、木材改性組合物的制備(1)A組分的制備取500kg乙二醛(40%)力。25%氨水調(diào)pH8.5~9.0,加入207kg尿素，35min升溫至85°C,保溫反應(yīng)30min;加草酸調(diào)pH至4.8~5.0，溫度85°C,縮聚反應(yīng)40min(參考30。C涂-4粘度14~20s),調(diào)pH8.0~8.5,降溫出料。(2)B組分的制備取200kg乙二醛(40%)加水66.7kg,力口25%氨水調(diào)pH8.5~9.0,加入138kg尿素，35min升溫至85°C,保溫反應(yīng)35min,25%氨水調(diào)pH8.5-9.0,降溫出料。；將A組分與B組分按照1:1重量比進(jìn)行混合，就得到本發(fā)明改性組合物，其性能見表3。表3本發(fā)明改性組合物的性能pH固含/%粘度(涂-4)/S性能8.844.712，60二、木材改性組合物的應(yīng)用效果試驗(yàn)(1)將占浸注灌內(nèi)體積60%的待處理的木材放入加壓浸注罐內(nèi)，在真度是-O.09~-0.095Mpa條件下真空處理3小時(shí)，解除真空后吸入本實(shí)施例ii所制備的木材改性用組合物充滿浸注罐。(2)在1.2~1.4MPa的壓力下加壓浸注木材6小時(shí)；處理后的木材在65~110。C的溫度下干燥固化4h,即得。4:表4改性前后的泡桐木材的各項(xiàng)性能對比改性前改性后木材密度(g/cm3)0.30.45表面石更度(N)20004300濕脹率(％)9.23.6吸水率(％)28580實(shí)施例3一、木材改性組合物的制備(l)A組分的制備取580kg丙醛(100%)加25%氨水調(diào)pH8.5~9.0，加入487kg三乙烯四胺，40min升溫至85°C,保溫反應(yīng)30min;加草酸調(diào)pH3.8~4.0,溫度90。C,縮聚反應(yīng)50min(參考30。C涂-4粘度1420s)，調(diào)pH9.5~10.0,降溫出料。(2)B組分的制備取200kg曱醛(37%)加水50kg,加30%氬氧化鈉調(diào)pH9.5~10.0,加入180kg三乙烯四胺，45min升溫至90°C,保溫反應(yīng)40min,25%氨水調(diào)pH9.5-10.0,降溫出料。；將A組分與B組分按照1:1重量比進(jìn)行混合，就得到本發(fā)明改性組合物，其性能見表5。表5本發(fā)明改性組合物的性能<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>二、木材改性組合物的應(yīng)用效果試驗(yàn)(1)將占浸注灌內(nèi)體積70%的待處理的木材i文入加壓浸注罐內(nèi)，在真空度是-0.09~-0.095Mpa條件下真空處理1小時(shí)，解除真空后吸入本實(shí)施例所制備的木材改性用組合物充滿浸注罐。(2)在0.8~1.OMPa的壓力下加壓浸注木材4小時(shí)；處理后的木材在65~11(TC的溫度下干燥固化5h,即得。6:表6改性前后的泡桐木材的各項(xiàng)性能對比<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>權(quán)利要求1、一種木材改性用組合物，其特征在于由低分子脲醛樹脂和羥甲基脲混合物組成；其中，所述的羥甲基脲混合物主要由一羥甲基脲和二羥甲基脲所組成。2、按照權(quán)利要求1所述的木材改性用組合物，其特征在于所述的低分子脲醛樹脂和羥曱基脲按照重量比1:1的比例混合。3、按照權(quán)利要求1所述的木材改性用組合物，其特征在于所述的低分子脲醛樹脂包括以下步驟制備得到(1)將醛類物質(zhì)的pH值調(diào)至弱堿性加入含氮有機(jī)物，進(jìn)行輕曱基化反應(yīng)；其中，醛類物質(zhì)和含氮有機(jī)物的摩爾比為(13):1;(2)羥甲基化反應(yīng)完成后將反應(yīng)產(chǎn)物的pH值調(diào)至弱酸性后進(jìn)行縮聚反應(yīng)；(3)縮聚反應(yīng)完成后將產(chǎn)物的pH值調(diào)至弱堿性，降溫，出料，即得；4、按照權(quán)利要求3所述的木材改性用組合物，其特征在于步驟(1)中將醛類物質(zhì)用弱堿性物質(zhì)調(diào)pH值至7.5-10.0，在30。C溫度以下加入含氮有機(jī)物。5、按照權(quán)利要求3所述的木材改性用組合物，其特征在于所述的羥曱基化反應(yīng)的條件為在80-90。C的溫度下反應(yīng)20~60min，然后保溫20~60min。6、按照權(quán)利要求3所述的木材改性用組合物，其特征在于步驟(2)所述的縮聚反應(yīng)的條件是縮聚反應(yīng)溫度80~90°C，縮聚反應(yīng)時(shí)間30-100min。7、按照權(quán)利要求3所述的木材改性用組合物，其特征在于步驟(3)中縮聚反應(yīng)完成后將pH值調(diào)至7.0~10.0,降溫至40。C以下。8、按照權(quán)利要求l所述的木材改性用組合物，其特征在于所述的羥曱基脲混合物包括以下步驟制備得到將醛類物質(zhì)與水混合后調(diào)pH值至弱堿性加入含氮有機(jī)物進(jìn)行羥曱基化反應(yīng)，其中，醛類物質(zhì)含氮有機(jī)物的摩爾比為(0.3~2):1;曱基化反應(yīng)完成后將產(chǎn)物的pH值調(diào)至弱堿性，降溫至40°C以下出沖牛，即得。9、按照權(quán)利要求8所述的木材改性用組合物，其特征在于所述的酪類物質(zhì)與水混合后濃度為30~35%。10、按照權(quán)利要求8所述的木材改性用組合物，其特征在于所述的羥曱基化反應(yīng)是將反應(yīng)原料在20-60min內(nèi)升溫至80-90。C保溫反應(yīng)20-60min;所述的弱堿性是plH直為7.5-10.0。11、按照權(quán)利要求3或8所述的木材改性用組合物，其特征在于所述的醛類物質(zhì)選自曱醛，乙醛，丙酪或乙二醛中的一種或多種；所述的含氮有才幾物選自尿素、乙酰脲、1，6-己二胺或三乙烯四胺中的一種或多種。12、權(quán)利要求1-9任何一項(xiàng)所述木材改性組合物在木材改性或木材加工中的應(yīng)用，包括(1)將占浸注灌內(nèi)體積40~80%的待處理的木材放入加壓浸注罐內(nèi)，真空處理0.5~5小時(shí)，解除真空后吸入木材改性用組合物充滿浸注罐；其中，所述的真空條件優(yōu)選為真空度是-O.09--0.095Mpa;(2)在0.8~1.6MPa的壓力下加壓浸注木材2~10小時(shí)；處理后的木材干燥固化，即得。13、按照權(quán)利要求12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)選為杉木、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組合物及其制備方法和應(yīng)用，屬于林產(chǎn)化工領(lǐng)域。本發(fā)明木材改性組合物由低分子脲醛樹脂和羥甲基脲混合物組成；所述羥甲基脲混合物主要由一羥甲基脲和二羥甲基脲組成。本發(fā)明木材改性組合物具有粘度低、水溶性良好、存儲(chǔ)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，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，增功能等方面使用的需要。采用本發(fā)明木材改性組合物對人工林木材進(jìn)行改性處理后，木材的尺寸穩(wěn)定性有顯著提高，能克服處理前在使用過程中的開裂變形等缺陷，物理力學(xué)性能有明顯改善。將本發(fā)明木材改性組合物同水溶性良好的阻燃劑、防腐劑等等功能性試劑復(fù)配使用時(shí)還提高了木材的阻燃、防蛀、防霉和防腐等性能。文檔編號B27K3/02GK101549507SQ20091008274公開日2009年10月7日申請日期2009年4月28日優(yōu)先權(quán)日2009年4月28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