[发明专利]具有良好界面相容性的塑合木的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及塑合木的制备方法。

背景技术

在木材的天然多孔结构中原位生成聚合物，使聚合物填充木材细胞腔以补强木材细胞壁，及堵塞水分和微生物入侵木材细胞壁的通道，进而提高木材力学性能和耐久性，所形成的复合材料称为“塑合木”。现有的塑合木的反应性单体主要为乙烯类单体、丙烯类单体和丙烯酸(酯)类单体，如氯乙烯、苯乙烯、二乙烯基苯、乙酸乙烯酯、丙烯腈、丙烯酰胺、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、乙酯、丁酯等。这些单体价廉、来源广泛，形成的聚合物性能优良，但这些单体往往只能自身聚合，或理论上虽带有可与木材细胞壁之羟基发生化学反应的酯基、酰胺等功能基团，但在不给木材性能带来明显负面影响的温和反应条件下却又难以有效地与木材细胞壁接枝键联，导致木材多孔结构中的聚合物与孔壁之间存在明显相分离，塑合木的顺纹抗压强度较未处理木材仅提高20％～40％，静曲强度较未处理木材提高20％～35％，力学强度低；塑合木连续浸水200h后的抗胀率仅为15％～25％，耐真菌侵蚀能力(即防腐性能)较未处理木材仅提高20％～30％，塑合木的耐久性差。

发明内容

本发明是为了解决现有塑合木的聚合物与木材细胞壁之间界面相容性差，使塑合木力学强度低、耐久性差的问题，而提供的一种具有良好界面相容性的塑合木的制备方法。

本发明的具有良好界面相容性的塑合木的制备方法按以下步骤进行：一、按质量份数比称取1份功能性单体和3份～6份反应性单体，并混合均匀，得到单体溶液；二、称取引发剂、接枝促进剂和丙酮溶剂，其中引发剂的质量占经步骤一得到的单体溶液质量的0.5％～1％，接枝促进剂的质量占经步骤一得到的单体溶液质量的5％～10％，丙酮的质量为接枝促进剂的2～3倍；三、将经步骤二称取的接枝促进剂溶于经步骤二称取的丙酮中，得到接枝促进剂溶液，再将接枝促进剂溶液和经步骤二称取的引发剂加入到经步骤一得到的单体溶液中，混合均匀，得到浸渍液；四、将木材和经步骤三得到的浸渍液加入到反应罐中，并使木材浸没于浸渍液中，将反应罐密闭后抽真空至-0.08MPa～-0.095MPa，并保持15min～25min；五、解除真空恢复至常压，然后再向反应罐中通入空气，使反应罐中的压力达到0.8MPa～1MPa，并保持20min～30min；六、将反应罐的压力降至常压，取出木材，再用铝箔纸将浸渍后的木材包裹起来，先在室温常压状态下放置12h～24h，然后加热至温度为75℃～85℃并保持8h～10h，拆除铝箔纸，再继续加热至温度为105℃～115℃并保持8h～10h，最后在常温下抽真空至恒重即得具有良好界面相容性的塑合木；步骤一中所述的功能性单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和烯丙基缩水甘油醚(AGE)中的一种或两种的组合；步骤一中所述的反应性单体为氯乙烯、苯乙烯、二乙烯基苯、乙酸乙烯酯、丙烯腈、丙烯酰胺、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、乙酯和丁酯中的一种或其中几种的组合；步骤一中的引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)或过氧化苯甲酰(BPO)；步骤一中的接枝促进剂为顺丁烯二酸酐、丁二酸酐、邻苯二甲酸酐或三乙胺。

本发明的方法是先在抽真空条件下将木材多孔结构中的空气抽出，单体溶液顺势进入木材多孔结构中；再附加压力条件，使单体溶液更快、更均匀地填充满木材多孔结构；然后再在加热的条件下使单体聚合，得到有机聚合物与木材复合的塑合木。本发明的功能性单体甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和烯丙基缩水甘油醚(AGE)，相当于偶联剂，功能性单体具有可与木材基质上的羟基发生化学键合的环氧基团和可与乙烯类、丙烯类单体或丙烯酸类单体发生自由基聚合的双键，从而提高塑合木中聚合物与木材基质间的界面相容性。本发明除利用加热手段促进环氧基团与羟基发生键合外，还利用有机酸酐或有机叔胺作为接枝促进剂，使功能性单体在温和的加热条件下，有效的打开环氧基团，与木材细胞壁上的羟基发生亲核取代反应，实现两者的键联。本发明的塑合木中的聚合物与孔壁之间接触紧密，没有明显缝隙，界面相容性良好，理论上可大大提高塑合木的力学性能，同时因为聚合物与孔壁之间接触紧密，没有明显缝隙，堵塞水分和微生物入侵木材细胞壁的通道，还会使塑合木的耐久性如尺寸稳定性和防腐性能显著提高；本发明制备的塑合木的顺纹抗压强度较未处理木材提高70％～120％，静曲强度较未处理木材提高55％～95％，塑合木连续浸水200h后的抗胀率高达53％～60％，耐真菌侵蚀能力(即防腐性能)较未处理木材提高85％～94％，故具有良好的力学强度、尺寸稳定性和防腐性能，可用作室内家具及室外结构材料，可应用于对木质材料具有较高耐久性和力学性能要求的领域。

附图说明