木材改性剂、木材改性液及其应用和木材改性处理方法技术

本发明专利技术涉及木材改性领域，具体涉及一种木材改性剂、木材改性液及其应用和木材改性处理方法。该木材改性剂含有甲基丙烯酸类单体、交联单体和引发剂；其中，所述交联单体选自甲基丙烯酸羟烷基酯、N‑取代型丙烯酰胺和环氧型丙烯酸酯中的一种或两种以上，所述N‑取代型丙烯酰胺中的取代基为烷氧基或羧基取代的烷氧基。所述木材改性液包含如上所述的木材改性剂和溶剂。将本发明专利技术的改性剂和改性液用于木材改性处理中，在此过程中不释放甲醛，且使得改性木材的力学性能更佳，尤其是显著提高了改性木材的硬度、弹性模量和抗弯强度。

Wood modifier, wood modifier and its application and wood modification treatment

【技术实现步骤摘要】
木材改性剂、木材改性液及其应用和木材改性处理方法
本专利技术涉及木材改性领域，具体涉及一种木材改性剂、木材改性液及其应用和木材改性处理方法。
技术介绍
由于天然商品林被禁伐以及国际木材进口渠道的紧缩，人工林已经逐步成为我国木材工业的主要原材料。然而人工林木材质软、强度低、易变形，难以满足高端木材制品的需求。对木材进行改性处理可以提高其力学强度、尺寸稳定性和耐久性，拓展速生材的应用范围，提高其附加值。然而，目前的木材改性试剂大部分为含醛(甲醛)类树脂，且为细胞腔物理填充改性，改性剂和木材之间界面结合力弱，会对环境和使用者的健康带来危害，丧失木材天然的细胞腔空隙结构。针对人工林细胞壁薄而导致力学性能弱的缺点，采用无醛改性剂在木材细胞壁内与其组成成分发生反应形成牢固的化学键结合型界面，定向对木材细胞壁增厚，使木材的物理力学性能显著改善，得到性能优良的改性材，是木材改性技术的发展趋势。CN109705261A公开了一种木材改性剂，该改性剂含有水溶性乙烯类单体、引发剂、以及可选的交联剂、催化剂和水。所述水溶性乙烯类单体为丙烯酸酯类和/或丙烯酰胺类，丙烯酸酯类优选为甲基丙烯酸-2-羟丙基，丙烯酰胺类优选为N-羟甲基丙烯酰胺。将该改性剂注入到木材中，甲基丙烯酸-2-羟丙基和N-羟甲基丙烯酰胺能够与木材的细胞发生接枝反应，在细胞壁内形成一层很薄的增强层，达到轻质增强的目的，然而在交联过程中，因N-羟甲基丙烯酰胺会发生热分解反应，而释放出有害的甲醛。此外，改性木材还存在改性剂聚合物交联程度低和改性材力学性能不佳等问题。因此，仍有必要开发新的木材改性剂。
技术实现思路
为了克服现有的改性木材存在的甲醛释放以及改性剂聚合物交联程度低、改性材力学性能不佳等问题，本专利技术提供了一种木材改性剂、木材改性液及其应用和木材改性处理方法。根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种木材改性剂，该木材改性剂含有甲基丙烯酸类单体、交联单体和引发剂；其中，所述交联单体选自甲基丙烯酸羟烷基酯、N-取代型丙烯酰胺和环氧型丙烯酸酯中的至少一种，所述N-取代型丙烯酰胺中的取代基为烷氧基或羧基取代的烷氧基。根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种木材改性处理方法，该方法包括：(1)将如上所述的木材改性剂在溶剂存在的条件下，按照真空加压浸渍的方式浸渍木材；(2)使步骤(1)得到的木材中，所述甲基丙烯酸类单体和交联单体进行共聚反应，同时与木材细胞进行接枝反应，得到改性后的木材；优选地，步骤(2)中，该方法还包括：将所述改性后的木材升温至100-140℃并保温3-24h，更优选升温至100-120℃并保温6-12h。根据本专利技术的第三方面，本专利技术提供了一种木材改性液，所述木材改性液含有如上所述的木材改性剂和溶剂；优选地，相对于100重量份的所述木材改性剂，所述溶剂的含量为40-200重量份；优选地，所述溶剂为水和/或乙醇。根据本专利技术的第四方面，本专利技术提供了一种木材改性处理方法，该方法包括：(1)将如上所述的木材改性液按照真空加压浸渍的方式浸渍木材；(2)使步骤(1)得到的木材中，所述甲基丙烯酸类单体和交联单体进行共聚反应，同时与木材细胞进行接枝反应，得到改性后的木材。根据本专利技术的第五方面，本专利技术提供了如上所述的木材改性剂或如上所述的木材改性液在木材改性处理中的应用。常规的改性剂要实现木材非满细胞填充处理必须使用丙酮、二甲苯、氯仿等毒性有机溶剂，在生产和使用过程中挥发污染环境的有害气体。本专利技术的改性剂和改性液中使用的各组分均不含甲醛，也不含有其他毒性有机溶剂，且在对木材改性的过程中不释放甲醛，本专利技术所述的改性剂更安全环保。而且，本专利技术的改性剂中各组分均为小分子物质，容易进入木材细胞壁；本专利技术所述的改性剂中特定组分搭配使得生成的共聚物硬度更大，使改性木材的力学性能更佳优异；所述交联单体除了含有双键发生共聚反应外，还含有羟基、酰胺和环氧基团中的至少一种，能够与木材中游离羟基发生交联反应，生成交联度高的三维网状结构，大幅度提升木材的物理力学性能(参见图3)。与CN109705261A相比，本专利技术的技术方案存在以下优点：1)本专利技术的改性剂在改性处理木材的过程中也不会释放甲醛；2)本专利技术的改性剂各种原料相互协同提高了反应生成的共聚物的交联程度，使改性木材具有更高的力学性能，尤其是硬度、弹性模量和抗弯强度。附图说明图1a是本专利技术实施例1改性处理前的木质素模型化合物2,6-二甲氧基苯酚的碳谱；图1b是本专利技术实施例1改性处理后的木质素模型化合物2,6-二甲氧基苯酚的碳谱；图2a是本专利技术改性剂处理前的木材细胞腔内结构图；图2b是本专利技术改性剂处理后的木材细胞腔内的结构图；图3是改性剂共聚交联(a)以及与木材细胞壁接枝共聚(b)的示意图。附图标记CC细胞角隅CW细胞壁ML胞间层具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术第一方面提供了一种木材改性剂，该木材改性剂含有甲基丙烯酸类单体、交联单体和引发剂；其中，所述交联单体选自甲基丙烯酸羟烷基酯、N-取代型丙烯酰胺和环氧型丙烯酸酯中的至少一种，所述N-取代型丙烯酰胺中的取代基为烷氧基或羧基取代的烷氧基。本专利技术的木材改性剂中，所述甲基丙烯酸类单体的种类可以是本领域常规使用的甲基丙烯酸类单体，优选选自甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸叔丁酯和甲基丙烯酸异丙酯中的至少一种。更优选的情况下，所述甲基丙烯酸类单体选自甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸乙酯中的至少一种。进一步优选地，所述甲基丙烯酸类单体为甲基丙烯酸甲酯和/或甲基丙烯酸。在所述优选的情况下，能够进一步提高共聚物的硬度，从而进一步提高木材的力学性能。本专利技术的木材改性剂中，所述交联单体选自甲基丙烯酸羟烷基酯、N-取代型丙烯酰胺和环氧型丙烯酸酯中的至少一种。其中，所述甲基丙烯酸羟烷基酯中的烷基例如可以为C2-C6的烷基。优选情况下，所述甲基丙烯酸羟烷基酯为甲基丙烯酸-2-羟乙酯和/或甲基丙烯酸-2-羟丙酯，更优选为甲基丙烯酸-2-羟乙酯。在所述优选的情况下，能够进一步提高共聚物的硬度，从而进一步提高木材的力学性能。其中，所述N-取代型丙烯酰胺中的取代基为烷氧基或羧基取代的烷氧基，例如可以为C1-C5的烷氧基或羧基取代的C1-C5的烷氧基。优选情况下，所述N-取代型丙烯酰胺选自N-(甲氧基甲基)丙烯酰胺、N-(异丙氧基甲基)丙烯酰胺、N-(丁氧基甲基)丙烯酰胺、N-(异丁氧基甲基)丙烯酰胺和N-(羧甲氧甲基)丙烯酰胺中的至少一种，更优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种木材改性剂，其特征在于，该木材改性剂含有甲基丙烯酸类单体、交联单体和引发剂；/n其中，所述交联单体选自甲基丙烯酸羟烷基酯、N-取代型丙烯酰胺和环氧型丙烯酸酯中的至少一种，所述N-取代型丙烯酰胺中的取代基为烷氧基或羧基取代的烷氧基。/n

【技术特征摘要】
1.一种木材改性剂，其特征在于，该木材改性剂含有甲基丙烯酸类单体、交联单体和引发剂；
其中，所述交联单体选自甲基丙烯酸羟烷基酯、N-取代型丙烯酰胺和环氧型丙烯酸酯中的至少一种，所述N-取代型丙烯酰胺中的取代基为烷氧基或羧基取代的烷氧基。


2.根据权利要求1所述的木材改性剂，其中，所述甲基丙烯酸类单体选自甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸叔丁酯和甲基丙烯酸异丙酯中的至少一种；和/或
所述甲基丙烯酸羟烷基酯选自甲基丙烯酸-2-羟乙酯和/或甲基丙烯酸-2-羟丙酯；和/或
所述N-取代型丙烯酰胺选自N-(甲氧基甲基)丙烯酰胺、N-(异丙氧基甲基)丙烯酰胺、N-(丁氧基甲基)丙烯酰胺和N-(异丁氧基甲基)丙烯酰胺和N-(羧甲氧甲基)丙烯酰胺中的至少一种；和/或
所述环氧型丙烯酸酯选自烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯和丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种；和/或
所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵、硫酸铈铵、硝酸铈铵、芬顿试剂体系、偶氮类化合物和氯化钙/双氧水复合引发体系中的至少一种，优选为氯化钙/双氧水。


3.根据权利要求1或2所述的木材改性剂，其中，所述木材改性剂还包括交联剂；
优选地，所述交联剂选自多元醛、多元酸、多元醇、多双键化合物、酸酐中的至少一种。


4.根据权利要求1-3中任意一项所述的木材改性剂，其中，相对于100重量份的所述木材改性剂，所述甲基丙烯酸类单体的含量为50-75重量份，所述交联单体的含量为20-40重量份，所述引发剂的含量为0.1-2重量份，所述交联剂的含量为0-8重量份；
优选地，相对于100重量份的所述木材改性剂，所述甲基丙烯酸类单体的含量为60-70重量份，所述交联单体的含量为25-35重量份，所述引发剂的含量为0.5-1.5重量份，所述交联剂的含量为4-6重量份。

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【专利技术属性】
技术研发人员：李改云，郭登康，储富祥，杨昇，黄耀葛，
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：北京;11