一种木竹材的改性方法及其应用

1.本发明涉及木材加工处理技术领域，尤其是涉及一种木竹材的改性方法及其应用。


背景技术：

2.大径级速生木竹材，如杨树人工林等，具有产量高，生长快等优点，但其木材密度低、且力学强度差，表面硬度低、耐磨性低及耐腐性能差等缺陷，限制了其使用，与天然林木材相比较，其材性和装饰性相差甚远。因此对杨木进行化学改性极为必要。
3.现有技术当中，对杨木等大径级速生木竹材进行小规模改性的主要采用真空工艺，但这种工艺方法存在的缺点为处理量时间长、效率低，对设备要求度高，同时存在改性剂无法在不同径级木竹材内部充分均匀渗透，以及固化附着。
4.因此，开发一种木竹材的改性方法能够实现对大径级速生木竹材的快速、均匀改性是目前的当务之急。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种木竹材的改性方法及其应用，能够提升大径级速生木材性能，增强其物理力学性能同时，提高其耐腐性能和阻燃性能，也可针对常规厚度板材进行改性，适用性广。
6.本发明还提供上述木竹材的改性方法在大径级速生木竹材中的应用。
7.本发明还提供上述木竹材的改性方法在人造板中的应用。
8.根据本发明的第一方面实施例的一种木竹材的改性方法，包括以下步骤：
9.一种木竹材的改性方法，包括：
10.s1：向木竹材中加入改性剂a后进行预固化；
11.s2：将所述预固化后的木竹材通过脉冲增压加入改性剂b后进行固化；
12.步骤s1中，所述预固化的真空度为-0.089～-0.1mpa，所述预固化的温度为90～120℃，所述预固化的时间为20～30min；
13.所述脉冲增压的峰值高压为1.8～2.4mpa，所述脉冲增压的峰谷低压为0.2～0.6mpa。
14.根据本发明实施例的改性方法，至少具有如下有益效果：
15.1.预固化，可以实现木竹材细胞壁预固化，增强了细胞结构强度，便于后续进行较高压力浸渍改性，压力适应范围大，同时预固化后提高了木竹材的力学强度，后续可进行高压浸渍，而不破坏木竹材(软材质大径级木材)结构，也适应常规中低压力浸渍改性。预固化后竹木材在后续的压力浸渍步骤能够承受的压力在0.2mpa～2.4mpa。
16.2.利用脉冲增压，可实现改性剂在不同径级木竹材内部的充分渗透和固着，避免单一压力情况下改性剂无法进一步渗透到达大径级木竹材内部。
17.3.上述木竹材的改性方法，能针对不同大径级速生木材进行改性，也可针对常规
厚度板材进行改性，适用性广。
18.根据本发明的一些实施例，步骤s1中，所述预固化前还包括干燥，所述干燥步骤包括将所述木竹材干燥至含水率为2-6％之间。
19.在上述含水率下，有利于改性剂渗透进入木竹材中。
20.根据本发明的一些实施例，所述干燥后还包括真空处理所述木竹材，所述真空处理的真空度为-0.089mpa～-0.1mpa，所述真空处理的时间为30～60min。
21.在上述真空度下，有利于改性剂渗透进入木竹材中。
22.根据本发明的一些实施例，步骤s1中，所述改性剂a包括糠醛树脂，所述糠醇树脂的质量浓度为5～20％。
23.质量浓度为5～20％的糠醇树脂在预固化阶段可以充分快速的进入木材内部并固着、固化，实现木竹细胞壁的初步固化，提升了木竹材的细胞壁强度，便于后续高压处理。
24.根据本发明的一些实施例，步骤s1中，所述改性剂还包括酸催化剂。
25.根据本发明的一些实施例，步骤s1中，所述酸催化剂包括柠檬酸、硼酸、草酸和乙酸中的一种。
26.根据本发明的一些实施例，步骤s1中，按重量份记，所述催化剂和所述糠醇树脂的重量比为：1:0.002～0.02。
27.根据本发明的一些实施例，步骤s1中，所述真空处理后还包括加入酸催化剂。
28.改性剂通过预固化的处理工艺，进入木竹细胞内，并吸附附着在木竹细胞壁上(多余的填充在细胞腔内的，通过预固化工艺的后真空处理通过负压排出)，预固化改性剂通过两个路径实现反应，一是自身的缩合反应固化形成强化骨架，二是通过改性剂与木竹细胞壁化学组分中的活性反应基团(羟基、羧基、氨基等)进行反应，对细胞壁进行强化。通过预固化，使木竹细胞壁形成一定的初步强化效果，便于后续的高压浸渍改性。
29.根据本发明的一些实施例，步骤s1中，按重量份计，所述糠醇树脂和酸催化剂的重量比为100：1。
30.根据本发明的一些实施例，步骤s1中，还包括对所述改性剂加压处理。
31.根据本发明的一些实施例，所述加压处理的压力为0.2～1.0mpa。
32.根据本发明的一些实施例，所述加压处理的时间为30～60min。
33.根据本发明的一些实施例，步骤s1中，所述加压处理后还包括抽出多余改性剂。
34.根据本发明的一些实施例，步骤s2中，所述改性剂b包括酸催化剂，无机粒子和糠醇树脂。
35.上述改性剂的作用下，可以提升速木竹材力学性能，提高木竹材耐腐性能和阻燃性能。
36.根据本发明的一些实施例，步骤s2中，所述糠醇树脂的浓度为20～35％。
37.改性剂浓度越高，木竹材改性后载药量相对会越高，改性效果相对越好，浓度为20～35％的糠醇树脂可以实现木竹材整体的高载药量，充分提高木竹材的物理力学性能。
38.根据本发明的一些实施例，步骤s2中，所述糠醇树脂的溶剂包括水。
39.在上述脉冲增压的压力较高，并伴随了脉冲浸渍加入改性剂的模式，因此在相对较短的时间内可以实现对大径级竹木材的均匀和充分渗透。
40.根据本发明的一些实施例，所述无机粒子包括高岭土、坡缕石、二氧化硅、蒙脱土
和勃姆石中的一种。
41.根据本发明的一些实施例，所述无机粒子溶液的质量浓度为4～5％。
42.根据本发明的一些实施例，所述无机粒子溶液的溶剂包括水。
43.上述质量浓度下的无机粒子，可以保证木材力学性能提升的同时，避免因浓度过高导致堵塞木材孔隙。
44.无机粒子改性剂，在传统定压增压下需要很高的压力，才能完全将其压入木材内部，压力在木材内部稳定后，其余的改性剂无法进一步渗透进入木材内部，同时含有无机粒子改性剂的复合改性剂，对木材厚度也有严格要求，使木材改性样品厚度不能过厚。但是通过上述脉冲增压的方法可以在脉冲高压条件下(结合预固化)，实现无机粒子改性剂在大径级木材内部快速均匀渗透。
45.根据本发明的一些实施例，步骤s2中，所述固化的温度为120～130℃。
46.根据本发明的一些实施例，步骤s2中，所述加热的时间为2～3h。
47.根据本发明的第二方面实施例的木竹材的改性方法在大径级速生木竹材中的应用。
48.根据本发明的一些实施例，所述大径级速生木竹材包括杨木、杉木和马尾松中的一种。
49.根据本发明的第三方面实施例的木竹材的改性方法在人造板中的应用。
50.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
具体实施方式
51.下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
52.在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
53.本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
54.实施例1
55.本发明提供一种杨木的改性方法，具体按以下步骤进行：
56.a1：将杨木干燥至含水率为5％，置于改性罐中，将改性罐的真空抽至-0.089mpa，保持50min；
57.a2：停止抽真空，将质量浓度为8％的糠醇树脂，柠檬酸吸入改性罐中；
58.a3：对改性罐中的杨木进行加压处理，于0.8mpa，保持50min，处理结束后，抽出多余改性剂后于100℃，保持25min，进行预固化；
59.a4：罐体冷却后，真空处理，在-0.089mpa下加入30份质量浓度为30％的糠醇树脂，1份柠檬酸和4份质量浓度为5％的高岭土抽入罐体内部，开始加压浸渍(脉冲增压，峰值高
压2.4mpa，峰谷低压0.2mpa)，处理时间60min，加压结束后，静置1h；
60.a5：利用真空，抽出多余和残留的改性剂，密闭罐体，加热至120℃，时间3h，进行完全固化处理。
61.实施例2
62.本发明提供一种毛竹的改性方法，具体按以下步骤进行：
63.a1：将杨木干燥至含水率为5％，置于改性罐中，将改性罐的真空抽至-0.089mpa，保持50min；
64.a2：停止抽真空，将8份质量浓度为9％的糠醇树脂，0.08份柠檬酸吸入改性罐中；
65.a3：对改性罐中的杨木进行加压处理，于0.8mpa，保持50min，处理结束后，抽出多余改性剂后于100℃，保持25min，进行预固化；
66.a4：罐体冷却后，真空处理，在-0.089mpa下加入30份质量浓度为30％的糠醇树脂，1份柠檬酸和4份质量浓度为4％的高岭土抽入罐体内部，开始加压浸渍(脉冲增压，峰值高压1.0mpa，峰谷低压0.2mpa)，处理时间30min，加压结束后，静置1h；
67.a5：利用真空，抽出多余和残留的改性剂，密闭罐体，加热至120℃，时间3h，进行完全固化处理。
68.实施例3
69.本发明提供一种马尾松的改性方法，具体按以下步骤进行：
70.a1：将杨木干燥至含水率为5％，置于改性罐中，将改性罐的真空抽至-0.089mpa，保持50min；
71.a2：停止抽真空，加入8份将质量浓度为8％的糠醇树脂，0.08份柠檬酸吸入改性罐中；
72.a3：对改性罐中的杨木进行加压处理，于0.8mpa，保持50min，处理结束后，抽出多余改性剂后在100℃，保持25min，进行预固化；
73.a4：罐体冷却后，真空处理，在-0.089mpa下加入30份质量浓度为32％的糠醇树脂，酸1份柠檬酸和4份质量浓度为4％的高岭土抽入罐体内部，开始加压浸渍(脉冲增压，峰值高压2.4mpa，峰谷低压0.2mpa)，处理时间60min，加压结束后，静置1h；
74.a5：利用真空，抽出多余和残留的改性剂，密闭罐体，加热至120℃，时间3h，进行完全固化处理。
75.实施例4
76.本发明提供一种杨木的改性方法，本实施例和实施例1的区别在于步骤a4中脉冲增压，峰值高压为1.6，峰谷低压为0.6，其它同实施例1。
77.实施例5
78.本发明提供一种杨木的改性方法，本实施例和实施例1的区别在于步骤a4中脉冲增压，峰值高压为1.2，峰谷低压为0.8，其它同实施例1。
79.实施例6
80.本发明提供一种杨木的改性方法，本实施例和实施例1的区别在于步骤a4中脉冲增压，峰值高压为1.0，峰谷低压为0.2，其它同实施例1。
81.实施例7
82.本发明提供一种杨木的改性方法，本实施例和实施例1的区别在于a4中糠醇树脂
浓度为20％，其余条件和实施例1相同。
83.实施例8
84.本发明提供一种杨木的改性方法，本实施例和实施例1的区别在于a4中糠醇树脂浓度为35％，其余条件和实施例1相同。
85.对比例1
86.本对比例提供一种杨木的改性方法，和实施例1的区别在于不包括预固化处理，其余条件相同。
87.对比例2
88.本对比例提供一种杨木的改性方法，和实施例1的区别在于步骤a4不包括脉冲增压，压力固定为0.8mpa。
89.对比例3
90.本对比例提供一种杨木的改性方法，和实施例1的区别在于步骤a4不包括脉冲增压，压力固定为1.6mpa。
91.对比例4
92.本对比例提供一种杨木的改性方法，和实施例1的区别在于步骤a4不包括脉冲增压，压力固定为2.4mpa。
93.测试例
94.本测试例对上述实施例和对比例改性后的木材进行了测试，结果如表1所示：
95.表1实施例和对比例的竹木材力学性能测试
96.[0097][0098]
极限氧指数越高，说明在同等情况下，样品阻燃效果越好，是验证横向阻燃效果的指标；增重率可以体现改性剂的加入量，改性剂的进入量越多，改性效果会越好；抗水流失率为用水对改性后的木竹材进行抽提，体现改性剂固着程度。
[0099]
对比例1中，没有经过预固化，杨木无法承受高压条件的改性，导致内部结构被破坏，影响了杨木的改性，对比例2～4中，没有经过脉冲增压，在固定压力下，相同时间内，改性剂不易进入木材内部，影响竹木材的改性效果。