[发明专利]一种利用多元羧酸对木材进行功能改良的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对木材进行功能改良的方法。

背景技术

木材是天然生物质材料，广泛应用于人类的生活空间。但是由于木材结构具有各向异性、吸湿性等特点，使其在使用过程中容易发生变形开裂、菌腐虫害，因此，有必要对特定场所使用木材进行功能改良。化学功能改良是对木材，尤其是低质速生木材如杨木和桉木等，进行高值化利用的重要途径。国际上现有比较成熟的木材化学功能改良方法包括乙酰化处理、氮羟甲基树脂改性、糠醇处理、浸渍低分子脲醛或酚醛树脂等。通过这些化学改性手段，改性试剂能够渗透入木材中与木材细胞壁物质发生接枝/交联反应，或者在细胞腔中缩聚形成大分子，从而实现在木材中固定，改善木材的尺寸稳定性，使木材具有耐腐朽、耐室外老化等功能。虽然这些木材功能化技术能够改善木材的某些原有性能并赋予其新的功能，但在技术和产品性能方面都存在潜在的不足，如甲醛释放、醋酸残余物挥发等问题（如专利为201210194615.3和201210306016.6），因此绝大多数现有功能化木材只能应用于室外场所。随着环保标准的逐步完善和用户对化学功能改良木材产品挥发物释放关注度的增加，迫切需要开发一种新的环保绿色木材功能改良技术和产品。

多元羧酸中的羧基可在特定条件下与木材中的羟基发生酯化反应，并可以固定在木材中，从而避免了改性药剂流失的问题；多元羧酸可来源于天然植物，用其改性处理后的木材不存在有害小分子挥发等问题；处理木材不含重金属等物质，在使用年限后可与普通未处理木材一样直接作为燃料再次利用。因此多元羧酸改性木材保证了原料的可持续性、处理工艺的环保性和产品的环境友好性。

多元羧酸作为一种高效交联剂，最初广泛应用于纺织工业上棉织物的抗皱整理剂，通过羧酸与两个或多个纤维羟基反应形成化学交联，以增强织物的抗皱性和印染性，保持织物在碱液和强氧化剂洗涤时的力学强度（如专利ZL201110171592.4、201210567331.4、ZL96195570.8）。另外，多元羧酸也作为木材胶粘剂中的交联剂或酸碱调节剂，有效控制胶粘剂固化时间，降低胶粘剂的甲醛释放量，增强胶粘剂与水性高分子的化学反应活性，从而改善胶粘剂的胶合强度，所制备的胶黏剂可以被广泛用于植物碎料和木材的胶合（ZL03128043.9、ZL200410017054.5、200610018302.7、200610147259.4、200810177621.1、200980125534.4、ZL201110072818.0）。

作为有效的交联剂，多元羧酸也用作助剂与其它改性主剂，如多元醇、硅化合物（如硅酸钠）、甲壳素、木质素等一起用于浸渍处理木材，目的是交联木材改性主剂，形成网状大分子结构，从而固定在木材中（ZL200880105738.7、WO2012/153183A1、WO2011/042609A1）。专利（201210479868.5）也报道了用丁烷四羧酸交联磷酸、尿素等，从而增强阻燃剂在木材中的抗流失性。专利（ZL200710306593.4、201110272901.2、ZL200610027709.6）报道了在木材防腐处理配方中加入柠檬酸，交联固定防腐组分。现有方法对木材进行功能性改良不仅成本高，工艺复杂，且多元羧酸与其它试剂混合使用对环境污染严重，然而目前未见单独使用多元羧酸作为木材改性剂功能改良木材的专利报道。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法对木材进行功能性改良成本高、工艺复杂、对环境污染严重的问题，提供一种利用多元羧酸对木材进行功能改良的方法。

本发明的一种利用多元羧酸对木材进行功能改良的方法按以下步骤进行：

一、改性剂溶液的配制：将多元羧酸加蒸馏水配成质量分数为5～30%的多元羧酸水溶液，向多元羧酸水溶液中添加催化剂，其中催化剂与多元羧酸水溶液的质量体积比为0～1g∶10mL，混合均匀，即得改性剂溶液；

二、木材或基材浸渍处理：采用真空加压浸渍设备，在真空加压条件下，将步骤一中制得的改性剂溶液浸注到木材或基材中；

三、改性剂在木材或基材中的聚合：将步骤二中浸注的木材或基材先在常温常压条件下气干1～10天，气干过程中每隔1～2天翻转木材或基材，然后将木材或基材分别在40℃、60℃和80℃温度下加热干燥2天，最后在100～160℃条件下干燥固化1～4天。

本发明包含以下有益效果：