利用有机单体充胀接枝细胞壁与聚合填充细胞腔联合改性木材的方法技术

利用有机单体充胀接枝细胞壁与聚合填充细胞腔联合改性木材的方法，它涉及一种木材的改性方法。本发明专利技术解决了现有木材改性方法难以同时改善木材的力学性能和耐久性的问题。本方法如下：一、有机酸酐溶液的配置；二、有机酸酐溶液对木材的浸注；三、加热法实现有机酸酐充胀接枝木材细胞壁；四、有机可聚合单体溶液的配置；五、有机可聚合单体溶液对木材的浸注；六、加热法实现单体对木材细胞腔的聚合填充。本发明专利技术利用有机功能小分子先进入木材细胞壁，实现充胀与键合，消除细胞壁内的大量羟基，进而提高木材的耐久性；然后借助有机可聚合单体浸注木材细胞腔，并引发聚合实现细胞腔填充，进而赋予木材更高的力学性能和耐久性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种木材的改性方法。
技术介绍
木材自古以来即为一种人类赖以生存的天然可再生的生物质高分子复合材料。它 独特的化学成分，包含带有大量羟基的纤维素及周围包裹的无定形半纤维素和木质素等， 构成了木材细胞壁基质，进而形成了具有高强重比的天然蜂窝状结构。这些特性使其在许 多领域优于其他材料。但依据不同用途，木材，尤其速生木材如杨木、杉木等，也呈现一些不 利特性。例如，速生树种力学性能较差，难以作为结构用材使用；绝大多数木材耐久性低，木 材基质易于腐朽降解、尺寸随环境湿度变化易于膨胀收缩等缺陷，使之难以作为被长久利 用的有效材料等。而致使木材具有低耐久性的原因，从某种程度上讲，归因于木材组分中最 主要的功能性基团——轻基对水分的吸着。基于此认识，人们尝试了许多处理方法，如用有 机或无机的小分子化学试剂渗透处理细胞壁、木材压密化处理、高温炭化热处理等以减少 木材细胞壁中自由羟基的数量，并因此取得了一定的改善效果；但这些方法往往只能改善 木材的耐久性，却难以有效地改善木材尤其速生木材的力学强度。近期，研究者们探索了利用乙烯类不饱和单体于木材内原位聚合形成高聚物，制 得塑合木，以赋予木材优良的力学性能，并同时延缓或阻止水分及微生物向木材细胞壁渗 透与入侵，进而改善木材耐腐性、尺寸稳定性等耐久性的方法。但令人遗憾的是，由于大多 数不饱和单体极性较低，且为单官能团单体，难以进入木材细胞壁继而与之羟基实现化学 键合，且于木材细胞腔中聚合形成的高聚物难与木材细胞壁实现接枝键联，致使两相化学 复合效果差，木材内的大量羟基依旧孤立存在，故此种方法有效提高木材力学性能的同时， 却往往对木材防腐性、尺寸稳定性等耐久性能改善不够理想。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有木材改性方法难以同时改善木材的力学性能和耐 久性的问题，提供了一种利用有机单体充胀接枝细胞壁与聚合填充细胞腔联合改性木材的 方法。本专利技术如 下一、有机酸酐溶液的配置将有机酸酐溶于丙酮或四氢呋喃中，然后滴加3 5滴嘧啶， 制成有机酸酐质量分数为10 30%的有机酸酐溶液；二、有机酸酐溶液对木材的浸注将 木材浸入到有机酸酐溶液中，在真空度为-0. 08MPa的条件下抽真空20min，再在0. 8MPa 的压力下加压20min，恢复常压，用铝箔纸包覆木材并在常温常压下陈放12 24h ；三、加 热法实现有机酸酐充胀接枝木材细胞壁将用铝箔纸包覆木材在110°C 130°C条件下加 热2 4h，然后拆除铝箔纸，在常温下抽真空至恒重，得到经过有机酸酐处理的木材；四、 有机可聚合单体溶液的配置将有机可聚合单体与引发剂混合，制得有机可聚合单体溶液，有机可聚合单体溶液中引发剂的质量浓度为0. 5% ；五、有机可聚合单体溶液对木材 的浸注将步骤三得到的经过有机酸酐处理的木材浸入有机可聚合单体溶液中，在真空度 为-0. 08MPa的条件下抽真空12 24h，再在0. 8MPa的压力下加压12 24h，恢复常压， 用铝箔纸包覆经过有机酸酐处理的木材并在常温常压下陈放12 24h ；六、加热法实现单 体对木材细胞腔的聚合填充将经过步骤五处理的用铝箔纸包覆经过有机酸酐处理的木材 在80°C 110°C加热8 10h，然后拆除铝箔纸并在常温下抽真空至恒重，即完成利用有机 单体充胀接枝细胞壁与聚合填充细胞腔联合改性木材；步骤一中所述的有机酸酐是马来酸 酐、琥珀酸酐及邻苯二甲酸酐中的两种或三种的混合物；步骤四中所述的有机可聚合单体 是甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸正丁酯，甲基丙烯酸异丁酯，甲基丙烯酸 正己酯，甲基丙烯酸苄酯，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 -羟乙酯，甲基丙烯酸_ α “羟丙酯，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-羟丙酯，甲基丙烯酸_2，3-二溴丙酯，甲基丙烯酸环己酯，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，双 酚A 二甲基丙烯酸酯，2，2-双[甲基丙烯酰丙氧基酚]丙烷，丙三甲醇三甲基丙烯酸酯，甲 基丙烯酸缩水甘油酯，苯乙烯，丙烯腈，甲基丙烯腈，醋酸乙烯酯，对二乙烯基苯，对氯苯乙 烯，甲基丙烯酰胺，N-羟甲基丙烯酰胺，异丁基乙烯醚，富马酸二乙酯，马来酸二乙酯，甲基 丙烯酮，烯丙基氯，乙烯吡啶，萘乙烯，聚马来酸_邻苯二甲酸-1，2-丙二酯及聚马来酸-邻 苯二甲酸-氧联二乙酯中的一种或其中几种的混合物；步骤四中所述的引发剂是偶氮二异 丁腈或过氧化苯甲酰。本专利技术利用有机功能小分子先进入木材细胞壁，实现充胀与键合，消除细胞壁内 的大量羟基，进而提高木材的耐久性；然后借助有机可聚合单体浸注木材细胞腔，并引发聚 合实现细胞腔填充，进而赋予木材更高的力学性能和耐久性，从而实现对木材综合性能的 改良。从分子结构上有机酸酐小分子具有较高的活性，在少量催化剂的作用下极易与木 材细胞壁上的活性羟基发生亲核取代反应；且环酐小分子具有较高的极性参数，在极性溶 剂的辅助下，容易渗透入木材细胞壁内部，故此类有机单体可实现对木材细胞壁的充胀与 键合，进而有效改善木材的耐久性。另外，当有机酸酐小分子与木材细胞壁上的羟基发生单 取代反应时，会附带产生羧基基团，赋予木材一定的酸性，可起一定的酸性催化作用；当第 二步引入有机可聚合单体，尤其带有功能基团如环氧基的可聚合单体时，该羧基会参与有 机可聚合单体的反应，利于单体聚合形成的聚合物与木材基质的接枝，从而提高木材与聚 合物的两相界面相容性，能在赋予木材更高力学性能的同时，赋予木材潜在的更优异的耐 久性。通过本专利技术方法改性的低质速生木材，可广泛用于建筑材料、家具、木雕材料、运 动器材、纺织机具、乐器、房屋装饰板、地板、天棚、枪托及各种交通运输工具的装饰材料等。附图说明图1是具体实施方式十三中利用有机单体充胀接枝细胞壁与聚合填充细胞腔联合改性木材的扫描电镜照片；图2是未经任何处理的木材的扫描电镜照片；图3是具体实 施方式十九中采用马来酸酐处理后木材的扫描电镜照片；图4是具体实施方式二十中利用 有机单体充胀接枝细胞壁与聚合填充细胞腔联合改性木材的扫描电镜照片；图5是与图4 对应的N元素分布图。具体实施例方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的 任意组合。具体实施方式一本实施方式中利用有机单体充胀接枝细胞壁与聚合填充细胞腔 联合改性木材的方法如下一、有机酸酐溶液的配置将有机酸酐溶于丙酮或四氢呋喃中， 然后滴加3 5滴嘧啶，制成有机酸酐质量分数为10 30%的有机酸酐溶液；二、有机酸 酐溶液对木材的浸注将木材浸入到有机酸酐溶液中，在真空度为-0. OSMPa的条件下抽 真空20min，再在0. SMPa的压力下加压20min，恢复常压，用铝箔纸包覆木材并在常温常压 下陈放12 24h ；三、加热法实现有机酸酐充胀接枝木材细胞壁将用铝箔纸包覆木材在 110°C 130°C条件下加热2 4h，然后拆除铝箔纸，在常温下抽真空至恒重，本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用有机单体充胀接枝细胞壁与聚合填充细胞腔联合改性木材的方法，其特征在于利用有机单体充胀接枝细胞壁与聚合填充细胞腔联合改性木材的方法如下：一、有机酸酐溶液的配置：将有机酸酐溶于丙酮或四氢呋喃中，然后滴加３～５滴嘧啶，制成有机酸酐质量分数为１０～３０％的有机酸酐溶液；二、有机酸酐溶液对木材的浸注：将木材浸入到有机酸酐溶液中，在真空度为－０．０８ＭＰａ的条件下抽真空２０ｍｉｎ，再在０．８ＭＰａ的压力下加压２０ｍｉｎ，恢复常压，用铝箔纸包覆木材并在常温常压下陈放１２～２４ｈ；三、加热法实现有机酸酐充胀接枝木材细胞壁：将用铝箔纸包覆木材在１１０℃～１３０℃条件下加热２～４ｈ，然后拆除铝箔纸，在常温下抽真空至恒重，得到经过有机酸酐处理的木材；四、有机可聚合单体溶液的配置：将有机可聚合单体与引发剂混合，制得有机可聚合单体溶液，有机可聚合单体溶液中引发剂的质量浓度为０．５％～１％；五、有机可聚合单体溶液对木材的浸注：将步骤三得到的经过有机酸酐处理的木材浸入有机可聚合单体溶液中，在真空度为－０．０８ＭＰａ的条件下抽真空１２～２４ｈ，再在０．８ＭＰａ的压力下加压１２～２４ｈ，恢复常压，用铝箔纸包覆经过有机酸酐处理的木材并在常温常压下陈放１２～２４ｈ；六、加热法实现单体对木材细胞腔的聚合填充：将经过步骤五处理的用铝箔纸包覆经过有机酸酐处理的木材在８０℃～１１０℃加热８～１０ｈ，然后拆除铝箔纸并在常温下抽真空至恒重，即完成利用有机单体充胀接枝细胞壁与聚合填充细胞腔联合改性木材。...

【技术特征摘要】
利用有机单体充胀接枝细胞壁与聚合填充细胞腔联合改性木材的方法，其特征在于利用有机单体充胀接枝细胞壁与聚合填充细胞腔联合改性木材的方法如下一、有机酸酐溶液的配置将有机酸酐溶于丙酮或四氢呋喃中，然后滴加3～5滴嘧啶，制成有机酸酐质量分数为10～30％的有机酸酐溶液；二、有机酸酐溶液对木材的浸注将木材浸入到有机酸酐溶液中，在真空度为 0.08MPa的条件下抽真空20min，再在0.8MPa的压力下加压20min，恢复常压，用铝箔纸包覆木材并在常温常压下陈放12～24h；三、加热法实现有机酸酐充胀接枝木材细胞壁将用铝箔纸包覆木材在110℃～130℃条件下加热2～4h，然后拆除铝箔纸，在常温下抽真空至恒重，得到经过有机酸酐处理的木材；四、有机可聚合单体溶液的配置将有机可聚合单体与引发剂混合，制得有机可聚合单体溶液，有机可聚合单体溶液中引发剂的质量浓度为0.5％～1％；五、有机可聚合单体溶液对木材的浸注将步骤三得到的经过有机酸酐处理的木材浸入有机可聚合单体溶液中，在真空度为 0.08MPa的条件下抽真空12～24h，再在0.8MPa的压力下加压12～24h，恢复常压，用铝箔纸包覆经过有机酸酐处理的木材并在常温常压下陈放12～24h；六、加热法实现单体对木材细胞腔的聚合填充将经过步骤五处理的用铝箔纸包覆经过有机酸酐处理的木材在80℃～110℃加热8～10h，然后拆除铝箔纸并在常温下抽真空至恒重，即完成利用有机单体充胀接枝细胞壁与聚合填充细胞腔联合改性木材。2.根据权利要求1所述利用有机单体充胀接枝细胞壁与聚合填充细胞腔联合改性木 材的方法，其特征在于步骤一中所述的有机酸酐是马来酸酐、琥珀酸酐及邻苯二甲酸酐中 的两种或三种的混合物。3.根据权利要求1或2所述利用有机单体充胀接枝细胞壁与聚合填充细胞腔联合改 性木材的方法，其特征在于步骤四中所述的有机可聚合单体是甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯 酸乙酯，甲基丙烯酸正丁酯，甲基丙烯酸异丁酯，甲基丙烯酸正己酯，甲基丙烯酸苄酯，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-羟乙酯，甲基丙烯 酸-α -羟丙酯，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永峰，董晓英，刘一星，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]