一种可应用于木材浸渍处理的热膨胀微球及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种可应用于木材浸渍处理的热膨胀微球及其制备方法，以及将其浸渍入木材细胞腔并实现膨胀的方法。本发明专利技术为了克服天然木材不稳定性等天然不足，提出采用热膨胀微球对木材进行浸渍改性处理，利用热膨胀微球质轻特性，在低增重条件下改善木材性质。从木材空隙结构出发，采用悬浮聚合，控制水、油相制备的配方、加料顺序、间隔、搅拌速度，调控均化转速，借助冰水浴及阶梯升温，全程在常压下制备2～10μm粒径热膨胀微球。利用热膨胀微球浸渍处理木材，且在干燥之后通过加热使其在木材中膨胀。本发明专利技术全程在常压下制备，提高工艺安全系数及便捷程度。

【技术实现步骤摘要】
一种可应用于木材浸渍处理的热膨胀微球及其制备方法
本专利技术属于高分子材料
，特别涉及一种可应用于木材浸渍处理的热膨胀微球及其制备方法。
技术介绍
热膨胀微球是一种具有核-壳结构的人工合成高分子材料，在一定温度作用下，微球内部的烷烃气化，产生压力使软化的聚合物外壳发生膨胀，从而使微球体积提升若干倍。基于这一独特性质，热膨胀微球已逐渐应用于发泡塑料、汽车底盘、立体涂料、造纸、易剥离膜层等领域或产品。木材是一种使用历史悠久的天然高分子材料，依靠其可再生、强重比高等优异性质，常作为建材、家具等制品的核心原材料。然而，以实体形式使用的木材不可避免地保留着其天然不足，其中以尺寸不稳定性最为关键，此外在耐腐性、耐光老化性以及力学性能等方面也存在一定提升潜力。再加上目前我国还存在着“大力推动杨木、桉木、松木速生材的实木化利用”与“速生材的材性十分低劣”之间的矛盾。因此，进一步针对木材改性剂开展研究是木材科学研究领域一项极为关键的任务。木材具有多孔性，内部存在包括木材细胞腔等在内的多级空隙结构。通过浸渍使改性剂在木材细胞腔中填充，发挥切断水分迁移通道的作用，是一种常见的木材改性方法。然而，由于木材细胞腔体积占据绝大部分木材内部空隙体积，若完全填充，一方面需消耗大量改性剂，提高成本；另一方面使木材质量显著增大，为后续加工带来一定不利因素。因此，将热膨胀微球应用于木材浸渍，并使热膨胀微球在木材细胞腔中实现膨胀，利用其质轻并且膨胀后密度进一步显著减小的性质，对于在低增重的条件下改善木材性质具有可观潜力。然而，受限于木材细胞腔的尺寸，仅有小粒径热膨胀微球能够通过浸渍的方式进入木材细胞腔中。在热膨胀微球当前的若干应用领域中，小粒径并非重要的考虑因素。对于目前已公开专利，CN105722868.A公布了一种热膨胀性微小球的制备方法，所得微球平均粒径为0.01～10μm，然而该专利技术制备工艺复杂，且优选反应压力为0.2～2.0MPa，同时产物粒径分布较宽，对应用于木材浸渍改性存在一定消极影响。CN104140549.A提出了一种低温热膨胀微球制备方法，优选反应压力低于前述专利，为0.1～1.0MPa，然而产物粒径达10～50μm。此外，目前尚无关于将热膨胀微球应用于木材浸渍改性的专利及文献报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可应用于木材浸渍处理的小粒径热膨胀微球以及其制备方法。本专利技术的另一目的是提供一种在常压下制备可应用于木材浸渍处理的小粒径热膨胀微球，并使浸渍入木材细胞腔的微球发生膨胀的方法。为实现本专利技术的目的，采用如下技术方案：一种可应用于木材浸渍处理的小粒径热膨胀微球，具有核-壳结构，所述核-壳结构包括外壳和芯层，外壳由若干种含有一个碳碳双键的烯类单体的共聚物构成，芯层为饱和烷烃。烯类单体在引发剂的作用下发生自由基聚合，所得聚合物分子链在交联剂的作用下相互之间形成化学结合，最终形成致密微球外壳。与此同时，烷烃因相分离原理处于单体液滴内部直至微球合成完毕。其中，所述含有一个碳碳双键的烯类单体类型包括但不限于丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐等，优选丙烯腈占烯类单体总质量的30～60％、丙烯酸甲酯占烯类单体总质量的10～40％、乙酸乙烯酯占烯类单体总质量的0～30％、马来酸酐占烯类单体总质量的0～5％。所述引发剂类型包括但不限于偶氮二异丁腈、过氧化十二酰、过氧化苯甲酰，用量占烯类单体总质量0.5～1.75％，优选0.75～1.25％。所述交联剂类型包括但不限于1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，用量占烯类单体总质量0～0.6％，优选0.3～0.5％。所述饱和烷烃类型包括但不限于正己烷、正庚烷、异辛烷，用量占烯类单体总质量10～50％。上述为热膨胀微球制备的油相成分，包括烯类单体、引发剂、交联剂以及烷烃，而热膨胀微球制备的水相成分由去离子水、分散剂、若干种分散助剂和若干种电解质构成。所述去离子水用量为油相成分总质量2～3倍。所述分散剂包括但不限于聚乙烯醇、氢氧化镁、纳米二氧化硅、羟甲基纤维素等，优选氢氧化镁，由占烯类单体总质量25～40％的六水合氯化镁、7.5～17.5％氢氧化钠在去离子水中发生反应制得。所述分散助剂包括但不限于十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠等，优选十二烷基硫酸钠，配制成浓度为1～3％的溶液，溶液用量占烯类单体总质量1～5％。所述电解质包括但不限于氯化钠、亚硝酸钠等，优选氯化钠，用量占烯类单体总质量7.5～12.5％。基于上述原料类型及含量，本专利技术具体操作步骤如下：(1)水相制备：准备1个烧杯，在冰水浴的条件先加入去离子水，随后依次加入分散剂、电解质、分散助剂，并且加入每种成分之间间隔一定时间。加料完毕后继续搅拌，得到灰白色，并且具有一定粘度的乳状液体。(2)油相制备：准备1个烧杯，加入引发剂，然后依次加入若干种烯类单体，用聚乙烯薄膜密封，置于冰水浴中搅拌。之后滴加交联剂，再用聚乙烯薄膜密封后置于冰水浴中搅拌。最后加入烷烃，并且用聚乙烯薄膜密封后在冰水浴条件下继续搅拌，得到透明液体。(3)均化：将制备好的水相及油相依次经普通玻璃漏斗加入事先已置于冰水浴中的双口烧瓶底部。盖上橡胶塞子之后开启搅拌机均化。或者将水相和油相倒入置于冰水浴的烧杯中，并采用剪切分散机进行均化处理。(4)悬浮聚合反应：若采用搅拌机均化，则均化结束之后迅速将搅拌机转速降低至200～350转/分钟，并且开启水浴锅开始加热升温。首先升温至40～60℃保持若干小时，然后升温至60～80℃继续反应若干小时，得到呈现淡黄色的悬浊液。若采用剪切分散机进行均化，则在均化后将烧杯中液体倒入置于冰水浴的双口烧瓶中，然后设定搅拌机转速为200～350转/分钟，之后首先升温至40～60℃保持若干小时，然后升温至60～80℃继续反应若干小时，得到呈现淡黄色的悬浊液。(5)过滤与洗涤：采用砂芯漏斗对制备所得悬浊液进行抽滤得到微球粉末，然后将微球粉末转移至去离子水中，超声处理10分钟后再进行抽滤，如此反复处理三次，得到仍然含有大量水分的白色微球粉末。(6)干燥：将经过抽滤得到的白色微球粉末进行干燥处理。所述水相制备过程中，成分加入的间隔时间为2～10分钟，所有成分加入完毕后继续搅拌时间为20～35分钟。所述水相及油相制备过程中的搅拌方式优选磁力搅拌，搅拌子长度为烧杯直径的1/2～5/6，搅拌转速为400～500转/分钟。所述水相、油相制备过程，以及均化过程中采用的冰水浴温度为0～10℃。所述均化过程中，搅拌机搅拌均化转速为1400～2800转/分钟，时间为10～20分钟，剪切分散机均化的转速为5000～20000转/分钟，时间为5～15分钟，优选搅拌机搅拌，转速1600～2100转/分钟，时间15～20分钟。所述悬浮聚合反应过程中，首先在30～60分钟内升温至40～60℃，然后在40～6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可应用于木材浸渍处理的小粒径热膨胀微球，其特征在于，所述微球具有核-壳结构，所述核-壳结构包括外壳和芯层，外壳由若干种含有一个碳碳双键的烯类单体的共聚物构成，芯层为饱和烷烃，所述微球采用悬浮聚合方法制备，膨胀倍率为1～5倍，粒径为2～10μm，可用于木材浸渍处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种可应用于木材浸渍处理的小粒径热膨胀微球，其特征在于，所述微球具有核-壳结构，所述核-壳结构包括外壳和芯层，外壳由若干种含有一个碳碳双键的烯类单体的共聚物构成，芯层为饱和烷烃，所述微球采用悬浮聚合方法制备，膨胀倍率为1～5倍，粒径为2～10μm，可用于木材浸渍处理。


2.一种如权利要求1所述的可应用于木材浸渍处理的小粒径热膨胀微球的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)水相制备：准备烧杯，在冰水浴的条件先加入去离子水，随后依次加入分散剂、电解质、分散助剂，并且加入每种成分之间间隔一定时间；加料完毕后继续搅拌，得到灰白色，并且具有一定粘度的乳状液体；
(2)油相制备：准备烧杯，加入引发剂，然后依次加入若干种烯类单体，密封，置于冰水浴中搅拌；之后滴加交联剂，密封后置于冰水浴中搅拌；最后加入烷烃，并且密封后在冰水浴条件下继续搅拌，得到透明液体；
(3)均化：将制备好的水相及油相依次经玻璃漏斗加入事先已置于冰水浴中的双口烧瓶底部，盖上橡胶塞子之后开启搅拌机均化；或者将水相和油相倒入置于冰水浴的烧杯中，并采用剪切分散机进行均化处理；
(4)悬浮聚合反应：采用搅拌机均化，则均化结束之后迅速将搅拌机转速降低至200～350转/分钟，并且开启水浴锅开始加热升温，首先升温至40～60℃保持若干小时，然后升温至60～80℃继续反应若干小时，得到呈现淡黄色的悬浊液；
(5)过滤与洗涤：采用砂芯漏斗对制备所得悬浊液进行抽滤得到微球粉末，然后将微球粉末转移至去离子水中，超声处理后再进行抽滤，如此反复处理三次，得到仍然含有大量水分的白色微球粉末；
(6)干燥：将经过抽滤得到的白色微球粉末进行干燥处理。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：水相制备过程中，各成分加入的间隔时间为2～10分钟，全程采用磁力搅拌；油相制备过程中，先加入引发剂，然后依次加入烯类单体、交联剂、烷烃，时间间...

【专利技术属性】
技术研发人员：马尔妮，易启睿，张润华，刘如，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11