專(zhuān)利名稱(chēng)：利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改性木材的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種木材的改性方法。
背景技術(shù)：
木材自古以來(lái)即為一種人類(lèi)賴(lài)以生存的天然可再生的生物質(zhì)高分子復(fù)合材料。它 獨(dú)特的化學(xué)成分，包含帶有大量羥基的纖維素及周?chē)臒o(wú)定形半纖維素和木質(zhì)素等， 構(gòu)成了木材細(xì)胞壁基質(zhì)，進(jìn)而形成了具有高強(qiáng)重比的天然蜂窩狀結(jié)構(gòu)。這些特性使其在許 多領(lǐng)域優(yōu)于其他材料。但依據(jù)不同用途，木材，尤其速生木材如楊木、杉木等，也呈現(xiàn)一些不 利特性。例如，速生樹(shù)種力學(xué)性能較差，難以作為結(jié)構(gòu)用材使用；絕大多數(shù)木材耐久性低，木 材基質(zhì)易于腐朽降解、尺寸隨環(huán)境濕度變化易于膨脹收縮等缺陷，使之難以作為被長(zhǎng)久利 用的有效材料等。而致使木材具有低耐久性的原因，從某種程度上講，歸因于木材組分中最 主要的功能性基團(tuán)——輕基對(duì)水分的吸著?；诖苏J(rèn)識(shí)，人們嘗試了許多處理方法，如用有 機(jī)或無(wú)機(jī)的小分子化學(xué)試劑滲透處理細(xì)胞壁、木材壓密化處理、高溫炭化熱處理等以減少 木材細(xì)胞壁中自由羥基的數(shù)量，并因此取得了一定的改善效果；但這些方法往往只能改善 木材的耐久性，卻難以有效地改善木材尤其速生木材的力學(xué)強(qiáng)度。近期，研究者們探索了利用乙烯類(lèi)不飽和單體于木材內(nèi)原位聚合形成高聚物，制 得塑合木，以賦予木材優(yōu)良的力學(xué)性能，并同時(shí)延緩或阻止水分及微生物向木材細(xì)胞壁滲 透與入侵，進(jìn)而改善木材耐腐性、尺寸穩(wěn)定性等耐久性的方法。但令人遺憾的是，由于大多 數(shù)不飽和單體極性較低，且為單官能團(tuán)單體，難以進(jìn)入木材細(xì)胞壁繼而與之羥基實(shí)現(xiàn)化學(xué) 鍵合，且于木材細(xì)胞腔中聚合形成的高聚物難與木材細(xì)胞壁實(shí)現(xiàn)接枝鍵聯(lián)，致使兩相化學(xué) 復(fù)合效果差，木材內(nèi)的大量羥基依舊孤立存在，故此種方法有效提高木材力學(xué)性能的同時(shí)， 卻往往對(duì)木材防腐性、尺寸穩(wěn)定性等耐久性能改善不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有木材改性方法難以同時(shí)改善木材的力學(xué)性能和耐 久性的問(wèn)題，提供了一種利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改性木材的 方法。本發(fā)明利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改性木材的方法如 下一、有機(jī)酸酐溶液的配置將有機(jī)酸酐溶于丙酮或四氫呋喃中，然后滴加3 5滴嘧啶， 制成有機(jī)酸酐質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 30%的有機(jī)酸酐溶液；二、有機(jī)酸酐溶液對(duì)木材的浸注將 木材浸入到有機(jī)酸酐溶液中，在真空度為-0. 08MPa的條件下抽真空20min，再在0. 8MPa 的壓力下加壓20min，恢復(fù)常壓，用鋁箔紙包覆木材并在常溫常壓下陳放12 24h ；三、加 熱法實(shí)現(xiàn)有機(jī)酸酐充脹接枝木材細(xì)胞壁將用鋁箔紙包覆木材在110°C 130°C條件下加 熱2 4h，然后拆除鋁箔紙，在常溫下抽真空至恒重，得到經(jīng)過(guò)有機(jī)酸酐處理的木材；四、 有機(jī)可聚合單體溶液的配置將有機(jī)可聚合單體與引發(fā)劑混合，制得有機(jī)可聚合單體溶液，有機(jī)可聚合單體溶液中引發(fā)劑的質(zhì)量濃度為0. 5% ；五、有機(jī)可聚合單體溶液對(duì)木材 的浸注將步驟三得到的經(jīng)過(guò)有機(jī)酸酐處理的木材浸入有機(jī)可聚合單體溶液中，在真空度 為-0. 08MPa的條件下抽真空12 24h，再在0. 8MPa的壓力下加壓12 24h，恢復(fù)常壓， 用鋁箔紙包覆經(jīng)過(guò)有機(jī)酸酐處理的木材并在常溫常壓下陳放12 24h ；六、加熱法實(shí)現(xiàn)單 體對(duì)木材細(xì)胞腔的聚合填充將經(jīng)過(guò)步驟五處理的用鋁箔紙包覆經(jīng)過(guò)有機(jī)酸酐處理的木材 在80°C 110°C加熱8 10h，然后拆除鋁箔紙并在常溫下抽真空至恒重，即完成利用有機(jī) 單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改性木材；步驟一中所述的有機(jī)酸酐是馬來(lái)酸 酐、琥珀酸酐及鄰苯二甲酸酐中的兩種或三種的混合物；步驟四中所述的有機(jī)可聚合單體 是甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸正丁酯，甲基丙烯酸異丁酯，甲基丙烯酸 正己酯，甲基丙烯酸芐酯，甲基丙烯酸癸酯，甲基丙烯酸月桂酯，甲基丙烯酸硬酸酯，甲基丙 烯酸-α -羥乙酯，甲基丙烯酸_ α “羥丙酯，甲基丙烯酸二甲氨乙酯，甲基丙烯酸二乙氨乙 酯，甲基丙烯酸-3-氯-2-羥丙酯，甲基丙烯酸_2，3-二溴丙酯，甲基丙烯酸環(huán)己酯，乙二醇 二甲基丙烯酸酯，二乙二醇二甲基丙烯酸酯，三乙二醇二甲基丙烯酸酯，四乙二醇二甲基丙 烯酸酯，聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，一丙二醇二甲基丙烯酸酯，二丙二醇二甲基丙烯酸酯， 三丙二醇二甲基丙烯酸酯，1,3- 丁二醇二甲基丙烯酸酯，1,4- 丁二醇二甲基丙烯酸酯，雙 酚A 二甲基丙烯酸酯，2，2-雙[甲基丙烯酰丙氧基酚]丙烷，丙三甲醇三甲基丙烯酸酯，甲 基丙烯酸縮水甘油酯，苯乙烯，丙烯腈，甲基丙烯腈，醋酸乙烯酯，對(duì)二乙烯基苯，對(duì)氯苯乙 烯，甲基丙烯酰胺，N-羥甲基丙烯酰胺，異丁基乙烯醚，富馬酸二乙酯，馬來(lái)酸二乙酯，甲基 丙烯酮，烯丙基氯，乙烯吡啶，萘乙烯，聚馬來(lái)酸_鄰苯二甲酸-1，2-丙二酯及聚馬來(lái)酸-鄰 苯二甲酸-氧聯(lián)二乙酯中的一種或其中幾種的混合物；步驟四中所述的引發(fā)劑是偶氮二異 丁腈或過(guò)氧化苯甲酰。本發(fā)明利用有機(jī)功能小分子先進(jìn)入木材細(xì)胞壁，實(shí)現(xiàn)充脹與鍵合，消除細(xì)胞壁內(nèi) 的大量羥基，進(jìn)而提高木材的耐久性；然后借助有機(jī)可聚合單體浸注木材細(xì)胞腔，并引發(fā)聚 合實(shí)現(xiàn)細(xì)胞腔填充，進(jìn)而賦予木材更高的力學(xué)性能和耐久性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)木材綜合性能的 改良。從分子結(jié)構(gòu)上有機(jī)酸酐小分子具有較高的活性，在少量催化劑的作用下極易與木 材細(xì)胞壁上的活性羥基發(fā)生親核取代反應(yīng)；且環(huán)酐小分子具有較高的極性參數(shù)，在極性溶 劑的輔助下，容易滲透入木材細(xì)胞壁內(nèi)部，故此類(lèi)有機(jī)單體可實(shí)現(xiàn)對(duì)木材細(xì)胞壁的充脹與 鍵合，進(jìn)而有效改善木材的耐久性。另外，當(dāng)有機(jī)酸酐小分子與木材細(xì)胞壁上的羥基發(fā)生單 取代反應(yīng)時(shí)，會(huì)附帶產(chǎn)生羧基基團(tuán)，賦予木材一定的酸性，可起一定的酸性催化作用；當(dāng)?shù)?二步引入有機(jī)可聚合單體，尤其帶有功能基團(tuán)如環(huán)氧基的可聚合單體時(shí)，該羧基會(huì)參與有 機(jī)可聚合單體的反應(yīng)，利于單體聚合形成的聚合物與木材基質(zhì)的接枝，從而提高木材與聚 合物的兩相界面相容性，能在賦予木材更高力學(xué)性能的同時(shí)，賦予木材潛在的更優(yōu)異的耐 久性。通過(guò)本發(fā)明方法改性的低質(zhì)速生木材，可廣泛用于建筑材料、家具、木雕材料、運(yùn) 動(dòng)器材、紡織機(jī)具、樂(lè)器、房屋裝飾板、地板、天棚、槍托及各種交通運(yùn)輸工具的裝飾材料等。


圖1是具體實(shí)施方式
十三中利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改性木材的掃描電鏡照片；圖2是未經(jīng)任何處理的木材的掃描電鏡照片；圖3是具體實(shí) 施方式十九中采用馬來(lái)酸酐處理后木材的掃描電鏡照片；圖4是具體實(shí)施方式
二十中利用 有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改性木材的掃描電鏡照片；圖5是與圖4 對(duì)應(yīng)的N元素分布圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的 任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式中利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔 聯(lián)合改性木材的方法如下一、有機(jī)酸酐溶液的配置將有機(jī)酸酐溶于丙酮或四氫呋喃中， 然后滴加3 5滴嘧啶，制成有機(jī)酸酐質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 30%的有機(jī)酸酐溶液；二、有機(jī)酸 酐溶液對(duì)木材的浸注將木材浸入到有機(jī)酸酐溶液中，在真空度為-0. OSMPa的條件下抽 真空20min，再在0. SMPa的壓力下加壓20min，恢復(fù)常壓，用鋁箔紙包覆木材并在常溫常壓 下陳放12 24h ；三、加熱法實(shí)現(xiàn)有機(jī)酸酐充脹接枝木材細(xì)胞壁將用鋁箔紙包覆木材在 110°C 130°C條件下加熱2 4h，然后拆除鋁箔紙，在常溫下抽真空至恒重，得到經(jīng)過(guò)有機(jī) 酸酐處理的木材；四、有機(jī)可聚合單體溶液的配置將有機(jī)可聚合單體與引發(fā)劑混合，制得 有機(jī)可聚合單體溶液，有機(jī)可聚合單體溶液中引發(fā)劑的質(zhì)量濃度為0. 5% 1%;五、有機(jī)可 聚合單體溶液對(duì)木材的浸注將步驟三得到的經(jīng)過(guò)有機(jī)酸酐處理的木材浸入有機(jī)可聚合單 體溶液中，在真空度為-0. 08MPa的條件下抽真空12 24h，再在0. 8MPa的壓力下加壓12 24h，恢復(fù)常壓，用鋁箔紙包覆經(jīng)過(guò)有機(jī)酸酐處理的木材并在常溫常壓下陳放12 24h ；六、 加熱法實(shí)現(xiàn)單體對(duì)木材細(xì)胞腔的聚合填充將經(jīng)過(guò)步驟五處理的用鋁箔紙包覆經(jīng)過(guò)有機(jī)酸 酐處理的木材在80°C 110°C加熱8 10h，然后拆除鋁箔紙并在常溫下抽真空至恒重，即 完成利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改性木材。本實(shí)施方式中所用木材的樹(shù)種來(lái)源為任意樹(shù)種，特別是速生樹(shù)種(樺木、楊木和 杉木)。本實(shí)施方式步驟一中分別將馬來(lái)酸酐、琥珀酸酐或鄰苯二甲酸酐作為充脹劑溶于 丙酮或四氫呋喃中，然后利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改性木材， 經(jīng)過(guò)改性的木材性能如表1 表 權(quán)利要求
利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改性木材的方法，其特征在于利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改性木材的方法如下一、有機(jī)酸酐溶液的配置將有機(jī)酸酐溶于丙酮或四氫呋喃中，然后滴加3～5滴嘧啶，制成有機(jī)酸酐質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10～30％的有機(jī)酸酐溶液；二、有機(jī)酸酐溶液對(duì)木材的浸注將木材浸入到有機(jī)酸酐溶液中，在真空度為 0.08MPa的條件下抽真空20min，再在0.8MPa的壓力下加壓20min，恢復(fù)常壓，用鋁箔紙包覆木材并在常溫常壓下陳放12～24h；三、加熱法實(shí)現(xiàn)有機(jī)酸酐充脹接枝木材細(xì)胞壁將用鋁箔紙包覆木材在110℃～130℃條件下加熱2～4h，然后拆除鋁箔紙，在常溫下抽真空至恒重，得到經(jīng)過(guò)有機(jī)酸酐處理的木材；四、有機(jī)可聚合單體溶液的配置將有機(jī)可聚合單體與引發(fā)劑混合，制得有機(jī)可聚合單體溶液，有機(jī)可聚合單體溶液中引發(fā)劑的質(zhì)量濃度為0.5％～1％；五、有機(jī)可聚合單體溶液對(duì)木材的浸注將步驟三得到的經(jīng)過(guò)有機(jī)酸酐處理的木材浸入有機(jī)可聚合單體溶液中，在真空度為 0.08MPa的條件下抽真空12～24h，再在0.8MPa的壓力下加壓12～24h，恢復(fù)常壓，用鋁箔紙包覆經(jīng)過(guò)有機(jī)酸酐處理的木材并在常溫常壓下陳放12～24h；六、加熱法實(shí)現(xiàn)單體對(duì)木材細(xì)胞腔的聚合填充將經(jīng)過(guò)步驟五處理的用鋁箔紙包覆經(jīng)過(guò)有機(jī)酸酐處理的木材在80℃～110℃加熱8～10h，然后拆除鋁箔紙并在常溫下抽真空至恒重，即完成利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改性木材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改性木 材的方法，其特征在于步驟一中所述的有機(jī)酸酐是馬來(lái)酸酐、琥珀酸酐及鄰苯二甲酸酐中 的兩種或三種的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改 性木材的方法，其特征在于步驟四中所述的有機(jī)可聚合單體是甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯 酸乙酯，甲基丙烯酸正丁酯，甲基丙烯酸異丁酯，甲基丙烯酸正己酯，甲基丙烯酸芐酯，甲基 丙烯酸癸酯，甲基丙烯酸月桂酯，甲基丙烯酸硬酸酯，甲基丙烯酸-α-羥乙酯，甲基丙烯 酸-α -羥丙酯，甲基丙烯酸二甲氨乙酯，甲基丙烯酸二乙氨乙酯，甲基丙烯酸-3-氯-2-羥 丙酯，甲基丙烯酸-2，3_ 二溴丙酯，甲基丙烯酸環(huán)己酯，乙二醇二甲基丙烯酸酯，二乙二醇 二甲基丙烯酸酯，三乙二醇二甲基丙烯酸酯，四乙二醇二甲基丙烯酸酯，聚乙二醇二甲基丙 烯酸酯，一丙二醇二甲基丙烯酸酯，二丙二醇二甲基丙烯酸酯，三丙二醇二甲基丙烯酸酯， 1，3-丁二醇二甲基丙烯酸酯，1，4- 丁二醇二甲基丙烯酸酯，雙酚A 二甲基丙烯酸酯，2，2-雙 [甲基丙烯酰丙氧基酚]丙烷，丙三甲醇三甲基丙烯酸酯，甲基丙烯酸縮水甘油酯，苯乙烯， 丙烯腈，甲基丙烯腈，醋酸乙烯酯，對(duì)二乙烯基苯，對(duì)氯苯乙烯，甲基丙烯酰胺，N-羥甲基丙 烯酰胺，異丁基乙烯醚，富馬酸二乙酯，馬來(lái)酸二乙酯，甲基丙烯酮，烯丙基氯，乙烯吡啶，萘 乙烯，聚馬來(lái)酸_鄰苯二甲酸-1，2-丙二酯及聚馬來(lái)酸-鄰苯二甲酸_氧聯(lián)二乙酯中的一 種或其中幾種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改性木 材的方法，其特征在于步驟四中所述的引發(fā)劑是偶氮二異丁腈或過(guò)氧化苯甲酰。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改 性木材的方法，其特征在于步驟一有機(jī)酸酐溶液中有機(jī)酸酐的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15 25%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改 性木材的方法，其特征在于步驟一有機(jī)酸酐溶液中有機(jī)酸酐的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改性木 材的方法，其特征在于步驟三中將用鋁箔紙包覆木材在120°C條件下加熱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或7所述利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合 改性木材的方法，其特征在于步驟四有機(jī)可聚合單體溶液中引發(fā)劑的質(zhì)量濃度為0. 8%。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改性木 材的方法，其特征在于步驟六中將經(jīng)過(guò)步驟五處理的用鋁箔紙包覆經(jīng)過(guò)有機(jī)酸酐處理的木 材在90°C 100°C加熱。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改性木 材的方法，其特征在于步驟六中將經(jīng)過(guò)步驟五處理的用鋁箔紙包覆經(jīng)過(guò)有機(jī)酸酐處理的木 材在95 °C加熱。
全文摘要
利用有機(jī)單體充脹接枝細(xì)胞壁與聚合填充細(xì)胞腔聯(lián)合改性木材的方法，它涉及一種木材的改性方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有木材改性方法難以同時(shí)改善木材的力學(xué)性能和耐久性的問(wèn)題。本方法如下一、有機(jī)酸酐溶液的配置；二、有機(jī)酸酐溶液對(duì)木材的浸注；三、加熱法實(shí)現(xiàn)有機(jī)酸酐充脹接枝木材細(xì)胞壁；四、有機(jī)可聚合單體溶液的配置；五、有機(jī)可聚合單體溶液對(duì)木材的浸注；六、加熱法實(shí)現(xiàn)單體對(duì)木材細(xì)胞腔的聚合填充。本發(fā)明利用有機(jī)功能小分子先進(jìn)入木材細(xì)胞壁，實(shí)現(xiàn)充脹與鍵合，消除細(xì)胞壁內(nèi)的大量羥基，進(jìn)而提高木材的耐久性；然后借助有機(jī)可聚合單體浸注木材細(xì)胞腔，并引發(fā)聚合實(shí)現(xiàn)細(xì)胞腔填充，進(jìn)而賦予木材更高的力學(xué)性能和耐久性。
文檔編號(hào)B27K3/50GK101954662SQ20101028195
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者劉一星, 李永峰, 董曉英 申請(qǐng)人:東北林業(yè)大學(xué)