[发明专利]制备长白山臭松层积材强化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备长白山臭松层积材强化剂的方法。

背景技术

长白山臭松树是我国主要树种之一,其密度低(基本密度0.35g/cm³左右)、材质松软,加工性能差,按常规工艺生产的单板层积材(LVL)、胶合板等品力学强度低,易燃、表面硬度、耐磨、耐候性能差；用现有的酚醛树脂作为强化剂能改善木材的力学强度，但存在以下缺点：1、酚醛树脂的原料均是毒性较强的石油化工产品，大量使用引起了日益严重的环境问题，如导致全球气温变暖、损害臭氧层、破坏生态圈碳平衡、释放有害物质、引起酸雨等自然灾害。2、酚醛树脂原为无色或黄褐色透明物，因苯酚在空气中易被氧化，所以显粉红色，市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色，而经这些颜色较深的酚醛树脂处理后的木材不适应浅净场合应用。3、酚醛树脂虽然具有阻燃性，但作为速生材强化剂，其滞火性能低，阻燃性达不到B1级标准，所以现有的酚醛树脂作为木材强化剂存在的缺点严重的影响了长白山臭松木的普及利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备长白山臭松层积材强化剂的方法，用本方法制备的强化剂，能提高长白山臭松木的强度，且能降低游离酚含量，提高树脂的环保性，能使树脂颜色变浅，降低易燃性，从而扩展长白山臭松木的应用范围，提高利用率。

本发明的技术方案包括以下步骤，(以下用量为重量份)

1.制备长白山臭松层积材强化剂的方法，其特征在于包括以下步骤(以下用量为重量份)：

第一步：将100-300份的苯酚投入到反应器内同时缓慢升温至60℃，保温10分钟；

第二步：向反应器内加入20-40份的催化剂氢氧化钠或氢氧化钡或氢氧化钾，开启搅拌器使其混合均匀；

第三步：在使用上述催化剂条件下，加入甲醛并分为两次投料，即：

加入200-300份的甲醛,反应约0.5-1.5小时，使其得到反应产物羟甲基苯酚，再加入50-200份的甲醛,反应约0.5-1.5小时，使缩聚反应完全，制成酚醛树脂；

第四步：加入阻燃剂硼酸8份-16份和2份-4份硼酸锌，加入浅色剂巯基乙酸2-4份，反应0.5-1.2小时，同时不停搅拌，使反应产物的阻燃性得到提高，颜色变浅；

第五步：降低温度到30℃出料，获得改性酚醛树脂，既长白山臭松层积材的强化剂。

用本发明强化剂也可处理杨木单板等密度低，材质松软的木材。

用本发明方法制备的强化剂1、能提高长白山臭松层积材的力学强度。2、由于硼酸和硼酸锌的加入，增加了滞火性能。3、能使颜色变浅。4、毒性降低。

所述的力学性能增强是因为：在碱性催化剂作用下反应介质的Ph值大于7，苯酚和甲醛首先发生加成反应生成一羟甲基苯酚，室温下，碱性介质中的酚醇是稳定的，一羟甲基苯酚中羟甲基与苯酚上的氢反应速度比甲醛与苯酚的临位和对位上的氢反应速度慢，因此一羟甲基苯酚不容易进一步缩聚，只能生成二羟甲基苯酚和三羟甲基苯酚，因为二羟甲基苯酚和三羟甲基苯酚分子量小，对木材渗透性强，当以上生成的羟甲基苯酚在木材内部受热后，又可发生羟甲基苯酚上的羟甲基与苯酚上氢原子的缩合反应形成次甲基桥，或者发生羟甲基与羟甲基之间的缩合反应形成醚键连接，以上产物受热进一步缩合，形成初级酚醛树脂。反应中也会形成低分子量的异形体，这是含有羟基的线型或支链型酚醛树脂。由于分子中含有羟甲基，继续受热时会进一步相互缩合形成交联的体型结构大分子，即不熔溶状态的末期酚醛树脂。所以本发明的强化剂能深入到速生材内部，形成交联的体型结构的大分子，从而提高了速生材的强度。又由于在强碱(如氢氧化钠)催化下，甲醛分两次加料，与苯酚进行反应，两次投料可减缓反应放热，易于控制，有利于降低游离酚含量，提高反应物的质量，从而提高强化剂的增强性能。由于巯基乙酸加入后与羟甲基酚络合，使其吸收向长波方向移动，从而造成颜色变浅。

由于分步加入甲醛可以有效的捕捉游离酚，减少游离酚的释放量，从而降低毒性。

用本方法制得的强化剂，用于处理长白山臭松层积材，根据实验证明，该层积材的物理力学性能明显提高,被用作结构建筑梁、桁架、门窗框、集装箱底板和地板等材料时,能够替代优质原木,满足工程建筑、汽车制造和造船业等的需要,不仅可实现人工林杨木的高效利用,还在一定程度上缓解了我国优质木材的供应短缺的问题。

具体实施方式

制备长白山臭松层积材强化剂的方法，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1