专利名称：一种杨木单板强化剂及其强化杨木单板的方法
技术领域：
本发明涉及一种木材强化剂及其强化木材的方法。
背景技术：
随着我国经济的稳步发展，工业生产和人民生活对木材消费需求不断增加，而我国目前木材产量无论在质量和数量上都无法满足需求。我国近十几年来，每年营造了大量的人工林，累计人工林面积3400万公顷，为世界之首。杨树以其分布广、品种多、生长速度快、适应能力强等特点成为我国最主要的速生人工林树种之一，据统计我国杨树人工林总面积已达700多万公顷，居世界第一，超过其他国家杨树人工林面积的总和。我国杨树用材林面积为309万公顷，占全国杨树人工林面积的40％左右，而且杨树生长速度快6～8年就可成材，但由于杨木材质软、结构粗松、强度低等缺点，只能用于纸浆材和胶合板芯材，局限了杨木的广泛、高效利用，木材供应紧张的现状也未得到缓解。
发明内容
本发明的目的是为了解决杨木材质软、结构粗松、强度低等缺点和缓解木材供应紧张的现状，而提供的一种杨木单板强化剂及其强化杨木单板的方法。杨木单板强化剂按质量份数比由24～26份苯乙烯、48～52份甲基丙烯酸甲酯、24～26份醋酸乙烯酯、2.8～3.2份偶氮二异丁腈、1.8～2.2份环烷酸钴和5.8～6.2份氯化锌制成。上述杨木单板强化剂强化杨木单板的方法按以下步骤进行(一)将24～26份苯乙烯、48～52份甲基丙烯酸甲酯、24～26份醋酸乙烯酯、2.8～3.2份偶氮二异丁腈、1.8～2.2份环烷酸钴和5.8～6.2份氯化锌一同均匀搅拌，制成杨木单板强化剂；(二)将杨木单板浸没于强化剂中并置于压力罐中密封；(三)对压力罐中浸没于强化剂的杨木单板施加0.38～0.45MPa的压力60±2min，然后在常压条件下密封2±0.1h；(四)取出杨木单板吸去表面的强化剂，再用聚乙烯薄膜包裹陈放36±1h；(五)将经过陈放、用聚乙烯薄膜包裹的杨木单板放入80±2℃的环境中加热6±0.1h，然后再放入20±0.1℃的真空干燥箱内干燥2～3h，即得到经过强化的杨木单板。
本发明中杨木单板强化剂配比简单，可有效增强杨木单板力学性能，经强化剂强化的杨木单板表面硬度提高了1.34～2.55倍，耐磨性提高了2.35倍以上，静曲强度提高了1.87～2.96倍。
本发明强化杨木单板的设备要求低，方法简单，操作参数易于控制。本发明以强化剂浸渍、加热聚合的方法强化杨木单板，解决了强化剂浸注实木困难的问题，并克服了杨木固有的天然缺陷，增强杨木单板力学性能，从而提高杨木的高效利用，扩大速生人工林的应用范围，实现劣材优用，缓解了木材资源缺乏，供求矛盾日益突出的局面，具有重大的经济和社会效益。
图1是加入不同比例偶氮二异丁腈后不饱和乙烯类单体的转化率，图2是加入不同比例环烷酸钴后不饱和乙烯类单体的转化率，图3是加入不同比例氯化锌后不饱和乙烯类单体的转化率。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式杨木单板强化剂按质量份数比由24～26份苯乙烯、48～52份甲基丙烯酸甲酯、24～26份醋酸乙烯酯、2.8～3.2份偶氮二异丁腈、1.8～2.2份环烷酸钴和5.8～6.2份氯化锌制成。
本实施方式中偶氮二异丁腈(AIBN)作为引发剂使用，偶氮二异丁腈易分解成自由基的化合物，在80～90℃环境中激烈分解，反应速度加快，分解反应如下所示 。偶氮二异丁腈的分解特点是几乎全部为一级反应，只形成一种自由基，无诱导分解，在有不饱和乙烯类单体(苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和醋酸乙烯酯)存在条件下即引发聚合，所以偶氮二异丁腈在相对低的加热温度下，产生的自由基引发不饱和乙烯类单体自身和不饱和乙烯类单体相互之间的聚合反应。
杨木是由木质素、纤维素和半纤维素组成的，因此在引发剂作用下杨木中的木质素和苯乙烯发生接枝共聚反应，反应式如下 ，木质素主要以愈疮木基丙烷和紫丁香基丙烷的结构基团存在于阔叶树材中，这些结构单元聚合反应中能与苯乙烯发生接枝共聚反应；而且苯乙烯显一定极性，与杨木中主要起硬度作用的木质素结构相似有苯环结构，因此苯乙烯与杨木聚合后能提高杨木的硬度。
甲基丙烯酸甲酯(MMA)分子含有极性基团，与木质素具有较好的相容性。同时甲基丙烯酸甲酯含有酯键可与杨木中的纤维素、半纤维素上的羟基结合形成共聚物大分子，即实现接枝聚合，从而提高杨木的刚性。所以选取甲基丙烯酸甲酯作为共聚单体来提高杨木单板强度。
在加热和引发剂(偶氮二异丁腈)的作用下，本实施方式中的三种不饱和乙烯类单体(苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和醋酸乙烯酯)相互间发生共聚反应，通过单体自身或相互间的共聚产生了多重混合体系及多种复杂共聚物。本实施方式中环烷酸钴和氯化锌作为促进剂协同作用，加快了共聚反应的速度，并提高了单体的转化率。在多重混合体系及多种复杂共聚物的协同作用下，杨木单板形成理想的复合体，综合力学性能显著提高，杨木单板的表面硬度提高了1.34～2.55倍，耐磨性提高了2.35倍以上，静曲强度提高了1.87～2.96倍。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一的不同点是杨木单板强化剂按质量份数比由25份苯乙烯、50份甲基丙烯酸甲酯、25份醋酸乙烯酯、3份偶氮二异丁腈、2份环烷酸钴和6份氯化锌制成。
具体实施方式
三本实施方式强化杨木单板的方法按以下步骤进行(一)将24～26份苯乙烯、48～52份甲基丙烯酸甲酯、24～26份醋酸乙烯酯、2.8～3.2份偶氮二异丁腈、1.8～2.2份环烷酸钴和5.8～6.2份氯化锌一同均匀搅拌，制成杨木单板强化剂；(二)将杨木单板浸没于强化剂中并置于压力罐中密封；(三)对压力罐中浸没于强化剂的杨木单板施加0.38～0.45MPa的压力60±2min，然后在常压条件下密封2±0.1h；(四)取出杨木单板吸去表面的强化剂，再用聚乙烯薄膜包裹陈放36±1h；(五)将经过陈放、用聚乙烯薄膜包裹的杨木单板放入80±2℃的环境中加热6±0.1h，然后再放入20±0.1℃的真空干燥箱内干燥2～3h，即得到经过强化的杨木单板。
本实施方式参照国家标准GB/T4897-92《刨花板》测定刨花板作基材的强化复合材和素材复合板的静曲强度；参照国家标准GB/T17657-1999中4.9规定的方法测定中密度纤维板作基材的强化复合材和素材复合板的静曲强度。参照国家标准GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》分别测定三种人造板基材(胶合板作基材、刨花板作基材和中密度板作基材)强化处理前后板材的表面硬度和耐磨性。检测结果如表1所示。
表1
实验数据说明胶合板作为基材的复合板材经本实施方式强化后，其表面硬度提高了2.28倍，耐磨性提高了2.35倍；刨花板作为基材的复合板材经本实施方式强化后，表面硬度提高了2.25倍，耐磨性提高了2.35倍，静曲强度提高了2.83倍；中密度板作为基材的复合板材经本实施方式强化后，表面硬度提高了1.34倍，耐磨性提高了2.35倍，静曲强度提高了1.87倍。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
三的不同点是步骤(一)将25份苯乙烯、50份甲基丙烯酸甲酯、25份醋酸乙烯酯、3份偶氮二异丁腈、2份环烷酸钴和6份氯化锌一同均匀搅拌，制成杨木单板强化剂。其它步骤与实施方式三相同。
对比实验1、测定苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯与醋酸乙烯酯不同质量配比在80℃的环境中加热6h后不饱和乙烯类单体的转化率，测定结果如表2所示(除苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯与醋酸乙烯酯质量配比不同外，其它实验条件均相同)。
表2
实验数据说明苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯与醋酸乙烯酯的质量比为1∶2∶1的条件下不饱和乙烯类单体转化率最高为51.96％。
对表2实验数据进行方差分析，方差分析结果如表3所示，由方差分析结果可知苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯与醋酸乙烯酯按不同比例混合对强化杨木单板单体转化率有高度显著影响。苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯与醋酸乙烯酯的质量比为1∶2∶1转化率最高。
表3
注F0.05(6，35)＝2.38 F0.01(6，35)＝3.32、在其它条件相同的情况下，偶氮二异丁腈的加入量(偶氮二异丁腈占3种不饱和乙烯类单体总质量的百分比)对单体转化率的影响如图1所示，说明加入占苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和醋酸乙烯酯总质量3％的偶氮二异丁腈，不饱和乙烯类单体的转化率最高。
3、在其它条件相同的情况下，环烷酸钴的加入量(环烷酸钴占3种不饱和乙烯类单体总质量的百分比)对单体转化率的影响如图2所示，说明加入占苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和醋酸乙烯酯总质量2％的环烷酸钴，不饱和乙烯类单体的转化率最高。
4、在其它条件相同的情况下，氯化锌的加入量(氯化锌占3种不饱和乙烯类单体总质量的百分比)对单体转化率的影响如图3所示，说明加入占苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和醋酸乙烯酯总质量6％的氯化锌，不饱和乙烯类单体的转化率最高。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
三的不同点是步骤(三)对压力罐中浸没于强化剂的杨木单板施加0.4MPa的压力60min，然后再在常压条件下密封2h。其它步骤与实施方式三相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
三的不同点是步骤(四)中吸去表面强化剂的杨木单板用聚乙烯薄膜包裹陈放36h。其它步骤及所选参数与实施方式三相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
三的不同点是步骤(四)中用吸纸棉吸去杨木单板表面的强化剂。其它步骤及所选参数与实施方式三相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
三的不同点是步骤(五)中的杨木单板放入80℃的环境中加热6h，然后再放入20±1℃的真空干燥箱内干燥2.2～2.8h。其它步骤及所选参数与实施方式三相同。
权利要求
1.一种杨木单板强化剂，其特征在于杨木单板强化剂按质量份数比由24～26份苯乙烯、48～52份甲基丙烯酸甲酯、24～26份醋酸乙烯酯、2.8～3.2份偶氮二异丁腈、1.8～2.2份环烷酸钴和5.8～6.2份氯化锌制成。
2.根据权利要求1所述的一种杨木单板强化剂，其特征在于杨木单板强化剂按质量份数比由25份苯乙烯、50份甲基丙烯酸甲酯、25份醋酸乙烯酯、3份偶氮二异丁腈、2份环烷酸钴和6份氯化锌制成。
3.用权利要求1所述的杨木单板强化剂强化杨木单板的方法，其特征在于强化杨木单板的方法按以下步骤进行(一)将24～26份苯乙烯、48～52份甲基丙烯酸甲酯、24～26份醋酸乙烯酯、2.8～3.2份偶氮二异丁腈、1.8～2.2份环烷酸钴和5.8～6.2份氯化锌一同均匀搅拌，制成杨木单板强化剂；(二)将杨木单板浸没于强化剂中并置于压力罐中密封；(三)对压力罐中浸没于强化剂的杨木单板施加0.38～0.45MPa的压力60±2min，然后在常压条件下密封2±0.1h；(四)取出杨木单板吸去表面的强化剂，再用聚乙烯薄膜包裹陈放36±1h；(五)将经过陈放、用聚乙烯薄膜包裹的杨木单板放入80±2℃的环境中加热6±0.1h，然后再放入20±0.1℃的真空干燥箱内干燥2～3h，即得到经过强化的杨木单板。
4.根据权利要求3所述的杨木单板强化剂强化杨木单板的方法，其特征在于步骤(一)将25份苯乙烯、50份甲基丙烯酸甲酯、25份醋酸乙烯酯、3份偶氮二异丁腈、2份环烷酸钴和6份氯化锌一同均匀搅拌，制成杨木单板强化剂。
5.根据权利要求3所述的杨木单板强化剂强化杨木单板的方法，其特征在于步骤(三)对压力罐中浸没于强化剂的杨木单板施加0.4MPa的压力60min，然后再在常压条件下密封2h。
6.根据权利要求3所述的杨木单板强化剂强化杨木单板的方法，其特征在于步骤(四)中吸去表面强化剂的杨木单板用聚乙烯薄膜包裹陈放36h。
7.根据权利要求3所述的杨木单板强化剂强化杨木单板的方法，其特征在于步骤(四)中用吸纸棉吸去杨木单板表面的强化剂。
8.根据权利要求3所述的杨木单板强化剂强化杨木单板的方法，其特征在于步骤(五)中的杨木单板放入80℃的环境中加热6h，然后再放入20±1℃的真空干燥箱内干燥2.2～2.8h。
全文摘要
一种杨木单板强化剂及其强化杨木单板的方法，它涉及一种木材强化剂及其强化木材的方法。它解决了杨木材质软、结构粗松、强度低等缺点和缓解木材供应紧张的现状。杨木单板强化剂按质量份数比由24～26份苯乙烯、48～52份甲基丙烯酸甲酯、24～26份醋酸乙烯酯、2.8～3.2份偶氮二异丁腈、1.8～2.2份环烷酸钴和5.8～6.2份氯化锌制成。强化方法(一)制强化剂；(二)杨木单板浸没于强化剂中；(三)加压密封；(四)陈放；(五)加热后再干燥。本发明中经强化剂强化的杨木单板表面硬度提高了1.34～2.55倍，耐磨性提高了2.35倍以上，静曲强度提高了1.87～2.96倍。本发明强化方法克服了杨木固有天然缺陷，实现劣材优用，缓解了木材资源缺乏、供求矛盾日益突出的局面。
文档编号B27K3/08GK101020326SQ20071007195
公开日2007年8月22日 申请日期2007年3月28日 优先权日2007年3月28日
发明者王逢瑚, 陈广胜, 孙建平, 马立军 申请人:东北林业大学