改性三聚氰胺树脂及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种新型的交联剂改性三聚氰胺树脂，本发明专利技术还提供该交联剂的制备方法，以及利用该交联剂得到的浸渍制剂，其可用于处理木质纤维材料，尤其是树木实木材料。改性三聚氰胺树脂是经甲醛与三聚氰胺缩合并经麦芽糊精改性后的产物，其可取代六甲氧基甲基三聚氰胺用于木素材料的改性处理，得到的制品的甲醛释放量被显著降低。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及木材加工领域。尤其涉及用于木素材料及木制品的改性的新型交联剂——改性三聚氰胺树脂，涉及所述交联剂的制备和其在木素制品，尤其是树木实木材料的改性处理中的用途。
技术介绍
木材是钢铁、水泥、塑料和木材四大材料中唯一可再生的材料，加工过程中能量消耗少，产生的污染小，加之森林在生态、环境方面表现出的重要价值已经使其在四大材料中的地位越来越突出。为扩大资源，同时也由于生态和环保要求，人工林(速生林)的培育，尤其是人工林木材的处理和利用已成为木材加工业的重点发展方向。速生林木生长期短，但材质疏松、强度低。因此，提高人工林木材强度、同时改进其缺陷的改性方法越来越多地受到各国重视。对于这种低密度和低强度材料的改性处理中，充填法、压密法在业内使用较多。充填法还分为有机物充填和无机物充填，根据用于浸渍木材的浸渍液组成来划分。在木材中，浸渍有机单体或树脂预聚物，利用辐照或热，使单体或预聚体在木材中聚合或与木材接枝聚合，生成木材-塑料复合体(WPC)，这是70年代开发的方法。该方法处理过程中木材尺寸变化小；处理后，提高了木材强度和尺寸稳定性能；使木材具有耐腐、阻燃等性能。现在，类似的木材改性方法在国内外已经工业化，其产品可用于家具、地板、乐器、运动器材等。由于使用单体或预聚物，处理成本较高；车间和产品中残存单体，对生产和使用环境不利；此外，也难为中、小企业接受。类似的方法，使用水基聚合物(脲醛树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂等缩合类树脂)浸渍、干燥后，热固化或加热、压缩固化，该方法40年代被开发，浸胶木(Impreg)和胶压木(Compreg)为其代表产品，用于船板、轴套、闸道、刀柄等。产品具有较好的强度、尺寸稳定性能和耐水性能。这类技术与WPC比，易为中、小企业接受，一直是开发的热点。但是，对于仅仅热固化者，由于树脂固化过程的收缩，产品变形比较严重，这是这种方法的缺陷。美国专利USP5,770,319提出使用交联剂(六甲氧基甲基三聚氰胺)预交联的麦芽糊精水溶液浸渍木材、然后干燥、固化。与其它公知技术相比，该技术处理过程中尺寸变化小，处理后的杨木产品强度、尺寸稳定性能均有提高，但是产品的甲醛释放量过高，用于室内制品，不能达到我国国家标准；此外，该方法使用的交联剂——六甲氧基甲基三聚氰胺成本高，影响其产品的市场竞争力。
技术实现思路
针对木材改性和加工领域存在的问题，尤其是USP 5,770,319中记载的六甲氧基甲基三聚氰胺交联剂存在的生产成本高、游离甲醛含量高(达到约2％)的缺陷，本专利技术提供了一种改性三聚氰胺树脂，它可作为一种新型的交联剂取代六甲氧基甲基三聚氰胺用于木素材料的改性处理，得到的制品的甲醛释放量被显著降低。本专利技术的另一个目的是提供该交联剂的制备方法。本专利技术进一步提供利用该交联剂得到的浸渍制剂，其可用于处理木质纤维材料，尤其是树木实木材料。专利技术人经过摸索发现，三聚氰胺树脂与六甲氧基甲基三聚氰胺(hexamethylmethylolmelamine)有类似的交联能力，并且三聚氰胺树脂中甲醛的用量可以调节。但是三聚氰胺树脂溶液不稳定，尤其是与麦芽糊精混合后的浸渍液的稳定性及贮存性不理想，如果直接用这种三聚氰胺树脂替代六甲氧基甲基三聚氰胺作为交联剂，在实用性方面难以接受。所以本专利技术提出了一种改性三聚氰胺树脂，它是一种甲醛与三聚氰胺缩合并经麦芽糊精改性后的产物，其中甲醛与三聚氰胺以3.0或小于3.0的摩尔比缩合，而原料中麦芽糊精的质量含量为三聚氰胺的5-30％。根据本专利技术提出的改性三聚氰胺树脂，甲醛与三聚氰胺的缩合摩尔比将影响产物的交联能力，同时也将左右处理后的木材制品的甲醛释放量。所以，对交联能力和游离甲醛含量的综合考虑，本专利技术要求甲醛与三聚氰胺的摩尔比应该在3.0或低于3.0，最好以3.0-1.2的摩尔比缩合，优选的摩尔比范围为2.7-1.4。本专利技术之所以称之为改性三聚氰胺，是由于缩合过程中还有适量的麦芽糊精的作用，从而有利于提高该三聚氰胺干树脂及以其作为交联剂与麦芽糊精共混合形成的浸渍液的稳定性，实验显示，其贮存期在一个月以上，可达二个月。本专利技术所使用的麦芽糊精的DE值(葡萄糖值)最好在5-40，优选为10-25。根据本专利技术的另一个方面，提供了这种改性三聚氰胺树脂的制备方法，通过甲醛与三聚氰胺缩合而成。为达到本专利技术的目的，反应原料包括甲醛、三聚氰胺和麦芽糊精，其中，甲醛与三聚氰胺的摩尔比是3.0或小于3.0，而原料中麦芽糊精的质量含量为三聚氰胺的5-30％，所述原料在pH8-11的水溶液条件下进行缩合。为提高三聚氰胺的溶解度，在不影响改性材料强度的前提下，缩合原料中还可选择性地添加适量的增溶剂，其添加量可为三聚氰胺原料的0.5-12％。本专利技术对该增溶剂的选择没有特别要求，只要能满足增溶的需要的常规增溶剂均可使用，但是优选的增溶剂选自非质子溶剂例如二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)等，二醇、二醇单醚或表面活性剂。其中的二醇或二醇单醚是常规使用的低级碳的二醇或二醇醚，非限定性示例可以是乙二醇、丙二醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚(丙醚、丁醚等)、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚(丙醚、丁醚等)等。上述缩合反应一般在pH8-11的水溶液条件下进行，优选在pH9.2-10.5的条件下进行。根据本专利技术的制备方法，缩合反应的缩合终点以任何已知方法判定，优选以水稀释度表示为1000％-100％。本专利技术所述的水稀释度是指取一定体积的树脂(例如2毫升)，在室温下边搅拌边加入水，直至树脂水溶液开始发白，计算所加入水的体积与树脂体积的比，乘以100％，即为该树脂的水稀释度。如前面所述及的，本专利技术提供了一种可替代现有技术的六甲氧基甲基三聚氰胺作为木材改性处理的交联剂的改性三聚氰胺树脂，根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种用于木质纤维材料改性处理的交联组合物，其由所述改性三聚氰胺树脂与麦芽糊精以干物质比例1∶5-1∶1的质量比组成。该组合物通常是通过一种浸渍液使用，为利于浸渍处理，该浸渍液的粘度最好在40-85厘泊(20℃)，pH值在8-11。在浸渍液中，所述改性三聚氰胺是作为交联剂，改性三聚氰胺树脂与麦芽糊精以干物质比例优选在1∶3-1∶1。使用本专利技术的浸渍液处理木质纤维材料的方式与其它常见的改性剂，尤其是前面提到的USP 5,770,319中的方法基本相同，将待处理材料，以任何可行的方式进行充分浸渍，然后进行干燥，使树脂固化，即可得到需要的制品。本专利技术所述的木质纤维材料的定义与USP 5,770,319中基本上相同，可以包括各种原木、板材、木制品，也可包括各种再生或人造的板材制品，例如纤维板、胶合板等。本专利技术尤其适用于树木实木的改性处理，特别在中国被大量种植的强度和密度较低的杨木、杉木、泡桐等速生树种的实木改性处理。与现有技术相比，利用本专利技术的浸渍液制剂处理的木材制品，例如杨木制品，具有同等水平的力学性能，而其甲醛释放量仅为现有技术的十分之一，且浸渍成本也降低近二分之一，更适于日常居室材料的使用。本专利技术的具体实施方式以下通过具体实施例进一步介绍本专利技术的实施及所具有的有益效果，目的在于帮助阅读者更好理解本专利技术的实质和精神，不能构成对本专利技术实施范围的限定。对照例按照美国专利USP5,770,319中的溶液2配制浸渍液在2.250本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性三聚氰胺树脂，其特征在于，是经甲醛与三聚氰胺缩合并经麦芽糊精改性后的产物，其中甲醛与三聚氰胺缩合的摩尔比是３．０或小于３．０。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙振鸢，吴书泓，张久荣，吕建雄，吴玉章，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院木材工业研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]