专利名称：一种木材改性液及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种木材改性液及其制备方法，本发明还涉及该木材改性液在木材改 性中的应用，属于木材化学改性领域。
背景技术：
我国是世界上木材及木制品的消费大国，又是全世界人均占有森林资源最少的国 家之一。随着国民经济快速稳定发展，人民生活水平的提高，我国木材消耗的进一步增加， 供需的矛盾进一步加剧。人工林的木材生长迅速，可以缓解我国木材供需的矛盾。但人工 林的木材存在着材质疏松、易开裂变形和不耐腐朽的特点，应用范围受到限制，不能用于高 档家具等木制品，目前只能用于要求较低的人造板制造和造纸行业。木材改性是在保持木 材天然纹理色泽、高强重比、易于加工、吸音隔热等固有优点的前提下，通过对木材进行一 系列的物理、化学处理，改善和克服木材干缩湿胀、尺寸稳定性差、不耐腐、易燃、不耐磨和 易变色等固有缺陷，同时赋予木材某些特殊功能的一类加工方法的总称。木材改性是改善 人工林木材和低档木材天然缺陷的有效途径，处理后的木材密度、表面硬度、耐磨性和尺寸 稳定性等都大幅度提高，可广泛应用于地板、建筑装饰材料及家具行业。有效地使用木材，延长木材的使用寿命，低档木材高档化应用，对我国建设资源节 约型社会和环境保护具有重要战略意义。随着人们对木材质量的要求越来越高越来越全 面，多功能性的木材改性技术也是木材改性发展的主要方向，不仅仅是材性的提高，同时还 应该使木材具备防腐性能和阻燃等性能。环境保护也是目前开发任何一种商品所必须关注 的问题，因此，改性木在生产和使用的过程中对人体和环境的影响将会是制约其发展的主 要因素。目前，木材改性的改性液种类很多、改性的方法也有很多。改性液类型包括不饱和 烯烃类单体、预聚体、尿醛树脂、酚醛树脂、糠醇树脂、间苯二酚树脂、乙酰剂等。但这些改性 液大多存在改性单一、污染环境、工序复杂、造成改性后药剂的流失等缺点。因此，研发一种 既能改善木材性能，又能有效地使用木材，延长木材的使用寿命，将低档木材变高档化应用 的木材改性液，将具有重要的现实意义。
发明内容
本发明目的之一是提供一种木材改性液，使用该木材改性液对木材改性后，能使 木材力学性能得到显著提高，解决木材易开裂、变形等天然的缺陷，改性后不影响木材本身 加工性、粘结性等，并且改性后木材对环境友好，还能赋予木材阻燃、防腐、防蛀等功能。本发明目的之二提供一种制备上述木材改性液的方法；本发明上述目的是通过以下技术方案来实现的一种木材改性液，包括低分子量酚醛树脂，助剂和水；为了达到更好的效果，优选的，各组分的重量份是低分子量酚醛树脂60-140份， 助剂0-90份，水0-600份；
更优选的，各组分的重量份是低分子量酚醛树脂80-120份，助剂20-40份，水 30-130 份；特别优选的，各组分的重量份是低分子量酚醛树脂100份，助剂30份，水65份。其中，所述的低分子量酚醛树脂包括以下组分苯酚50 300份，37% (g/g)甲醛 100 400份，尿素0 50份，40% (g/g)氢氧化钠5 20份；优选的，各组分的重量份为苯酚100 200份，37%甲醛200 400份，尿素30 50份，40%氢氧化钠10 20份；其制备方法包括(1)将占总重量4/5-3/4的甲醛溶液与苯酚混合进行反应，得到产物1 ；(2)将占总重量3/10-7/20的NaOH溶液加入到产物1中加热反应液进行反应，得 到产物2 ；(3)将剩余的NaOH溶液加入到产物2中，接着加入剩余的甲醛溶液，继续进行反 应，得到产物3;(4)向产物3中加入尿素进行反应，让产物逐渐降温，即得。为了达到更好的效果，步骤(1)中，优选的，将占总重量4/5-3/4的37%甲醛与苯 酚混合后升温使反应液温度到40°C进行反应，得到产物1 ；优选的，步骤O)中所述的加热为将反应液温度加热至50°C ；其中，将反应温度控 制在85 88°C;反应时间优选为50 70min ；使之能够均勻的反应，避免聚合度较大，而造 成反应产物分子量过大。优选的，步骤(3)中，当产物2的温度降到75°C以下，将剩余的NaOH溶液加入到 产物2中；其中，步骤(3)中所述的反应温度优选为80 82°C，反应时间优选为150 200min ；优选的，步骤(4)中当产物3降温到65°C时，向产物3中加入尿素进行反应；其中 所述的反应时间优选为10 30min，再逐渐使反应产物温度下降到40°C即得。所述的助剂可根据不同的木材改性需求进行选择，例如可以是阻燃剂、防腐剂或 防水剂中的任意一种或一种以上按任意重量比例所组成的混合物。这些阻燃剂、防腐剂或 防水剂都是木材改性中常用到的阻燃剂、防腐剂或防水剂，都可以从商业途径购买得到。其中，水的用量可根据木材的密度和浸渍性能进行不同浓度的稀释，这均是本领 域技术人员所习知的技术。本发明木材改性液在木材改性中的应用，包括用本发明木材改性液采用真空加 压的方式对待改性的木材进行浸渍改性处理，干燥，即得；作为参考，所述的真空加压的条 件为真空度0. 08MPa，真空时间30min，加压使用压力1. OMPa，加压时间池。本发明木材改性液使酚醛树脂在木材内部形成交联，从而在木材内部聚合形成填 充和粘结，部分与木材细胞壁成分的羟基反应形成化学交联。由于形成的高分子聚合物的 填充和交联的作用，使所使用的助剂能够很好的保留在木材内部，从而实现木材的尺寸稳 定性，力学性能均有显著的提高，同时赋予木材阻燃、防腐、防蛀等特性。本发明木材改性液不会在浸渍和固化后在木材表面形成残留，保证了木材表面的 洁净，经过处理的木材颜色变深，有接近于高档材材色的趋势，使人们更容易接受，光泽基 本上不发生改变，整个处理过程中，改性液可循环利用，工艺简单，不需要复杂的设备。本发明木材改性液，具有操作方便、工艺简单、环境友好、留存率高、性能改善明显等特点。
具体实施例方式下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而 更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术 人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式 进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。实施例1木材改性液1的制备一、低分子量酚醛树脂的合成(按重量份计)首先加入第一批料，苯酚100份和甲醛溶液(质量百分比为37% 的甲醛水溶液)160份，升温使反应液温度到40°C ；之后，加入第一批NaOH溶液(质量百分 比为40%的NaOH水溶液)3份，继续加热，当反应液温度达到50°C时停止加热，反应温度严 格控制在85°C ；反应50min后，将温度降到75°C以下，加入第二批NaOH溶液7份，加完后， 再加入第二批甲醛溶液40份，保持温度在80°C反应150min ；降温到65°C加入尿素30份， 反应lOmin，再逐渐使温度下降到40°C即得低分子量酚醛树脂。二、取合成后的低分子量酚醛树脂100份、阻燃剂30份、水65份，混合均勻，即得。实施例2木材改性液2的制备一、低分子量酚醛树脂的合成(按重量份计)首先加入第一批料，苯酚100份和甲醛溶液(质量百分比为37% 的甲醛水溶液)160份，升温使反应液温度到40°C ；之后，加入第一批NaOH溶液(质量百分 比为40%的NaOH水溶液)5份，继续加热，当反应液温度达到50°C时停止加热，反应温度严 格控制在85°C ；反应50min后，将温度降到75°C以下，加入第二批NaOH溶液10份，加完后， 再加入第二批甲醛溶液40份，保持温度在80°C反应150min ；降温到65°C加入尿素30份， 反应lOmin，再逐渐使温度下降到40°C即得低分子量酚醛树脂。二、取合成后的低分子量酚醛树脂100份、阻燃剂20份、防腐剂10份、水65份，混
合均勻，即得。实施例3木材改性液3的制备一、低分子量酚醛树脂的合成(按重量份计)首先加入第一批料，苯酚100份和甲醛溶液(质量百分比为37% 的甲醛水溶液)160份，升温使反应液温度到40°C ；之后，加入第一批NaOH溶液(质量百分 比为40%的NaOH水溶液)5份，继续加热，当反应液温度达到50°C时停止加热，反应温度严 格控制在85°C ；反应50min后，将温度降到75°C以下，加入第二批NaOH溶液10份，加完后， 再加入第二批甲醛溶液40份，保持温度在80°C反应150min ；降温到65°C加入尿素30份， 反应lOmin，再逐渐使温度下降到40°C即得低分子量酚醛树脂。二、取合成后的低分子量酚醛树脂100份、阻燃剂20份、防水剂10份、水65份，混
合均勻，即得。 实施例4木材改性液4的制备一、低分子量酚醛树脂的合成(按重量份计)首先加入第一批料，苯酚100份和甲醛溶液(质量百分比为37%的甲醛水溶液)160份，升温使反应液温度到40°C ；之后，加入第一批NaOH溶液(质量百分 比为40%的NaOH水溶液)5份，继续加热，当反应液温度达到50°C时停止加热，反应温度严 格控制在85°C ；反应50min后，将温度降到75°C以下，加入第二批NaOH溶液10份，加完后， 再加入第二批甲醛溶液40份，保持温度在80°C反应150min ；降温到65°C加入尿素30份， 反应lOmin，再逐渐使温度下降到40°C即得低分子量酚醛树脂。二、取合成后的低分子量酚醛树脂100份、阻燃剂10份、防腐剂10份、防水剂10 份、水65份，混合均勻，即得。实施例5木材改性液5的制备—、低分子量酚醛树脂的合成(按重量份计)首先加入第一批料，苯酚100份和甲醛溶液(质量百分比为37% 的甲醛水溶液)160份，升温使反应液温度到40°C ；之后，加入第一批NaOH溶液(质量百分 比为40%的NaOH水溶液)5份，继续加热，当反应液温度达到50°C时停止加热，反应温度严 格控制在85°C ；反应70min后，将温度降到75°C以下，加入第二批NaOH溶液10份，加完后， 再加入第二批甲醛溶液40份，保持温度在80°C反应200min ；降温到65°C加入尿素30份， 反应20min，再逐渐使温度下降到40°C即得低分子量酚醛树脂。二、取合成后的低分子量酚醛树脂100份、防水剂30份、水65份，混合均勻，即得。实施例6木材改性液6的制备一、低分子量酚醛树脂的合成(按重量份计)首先加入第一批料，苯酚100份和甲醛溶液(质量百分比为37% 的甲醛水溶液)160份，升温使反应液温度到40°C ；之后，加入第一批NaOH溶液(质量百分 比为40%的NaOH水溶液)3份，继续加热，当反应液温度达到50°C时停止加热，反应温度严 格控制在85°C ；反应50min后，将温度降到75°C以下，加入第二批NaOH溶液7份，加完后， 再加入第二批甲醛溶液40份，保持温度在80°C反应150min ；降温到65°C加入尿素30份， 反应lOmin，再逐渐使温度下降到40°C即得低分子量酚醛树脂。二、取合成后的低分子量酚醛树脂100份、防腐剂30份、水65份，混合均勻，即得。实施例7木材改性液7的制备一、低分子量酚醛树脂的合成(按重量份计)首先加入第一批料，苯酚200份和甲醛溶液(质量百分比为37% 的甲醛水溶液)300份，升温使反应液温度到40°C ；之后，加入第一批NaOH溶液(质量百分 比为40%的NaOH水溶液)7份，继续加热，当反应液温度达到50°C时停止加热，反应温度严 格控制在88°C ；反应50min后，将温度降到75°C以下，加入第二批NaOH溶液13份，加完后， 再加入第二批甲醛溶液40份，保持温度在80°C反应150min ；降温到65°C加入尿素50份， 反应lOmin，再逐渐使温度下降到40°C即得低分子量酚醛树脂。二、取合成后的低分子量酚醛树脂100份、阻燃剂30份、水65份，混合均勻。实施例8木材改性液8的制备一、低分子量酚醛树脂的合成(按重量份计)首先加入第一批料，苯酚200份和甲醛溶液(质量百分比为37% 的甲醛水溶液)300份，升温使反应液温度到40°C ；之后，加入第一批NaOH溶液(质量百分 比为40%的NaOH水溶液)7份，继续加热，当反应液温度达到50°C时停止加热，反应温度严格控制在88°C ；反应50min后，将温度降到75°C以下，加入第二批NaOH溶液13份，加完后， 再加入第二批甲醛溶液100份，保持温度在80°C反应150min ；降温到65°C加入尿素50份， 反应lOmin，再逐渐使温度下降到40°C即得低分子量酚醛树脂。二、取合成后的低分子量酚醛树脂100份、阻燃剂30份、水130份，混合均勻，即得。试验例1本发明木材改性液的应用效果试验一、试验对象实施例1-8所制备的木材改性液1-8 ；二、试验方法用杨木作为实验材使用以上的实施例1-8进行改性处理，采用真空加压的方式进 行木材的浸渍改性处理。真空度0. 08MPa，真空时间30min，加压使用压力1. OMPa,时间2h， 干燥即得改性杨木。三、试验结果通过本发明木材改性液处理的杨木改性材，最终增重率在20 70%，密度提高 20 60 %，氧指数提高10 70 %，尺寸稳定性提高15 40 %，表面硬度提高80 150 %， 防腐性能明显提高，吸水率降低70 160%。
权利要求
1.一种木材改性液，其特征在于，包括低分子量酚醛树脂，助剂和水。
2.按照权利要求1所述的木材改性液，其特征在于，各组分的重量份是低分子量酚醛 树脂60-140份，助剂0-90份，水0-600份；优选的，各组分的重量份是低分子量酚醛树脂80-120份，助剂20-40份，水30-130 份；特别优选的，各组分的重量份是低分子量酚醛树脂100份，助剂30份，水65份。
3.按照权利要求1或2所述的木材改性液，其特征在于所述的助剂是阻燃剂、防腐剂 或防水剂中的任意一种或一种以上按任意重量比例所组成的混合物。
4.按照权利要求1或2所述的木材改性液，其特征在于，所述的低分子量酚醛树脂包 括以下组分苯酚50 300份，37%甲醛100 400份，尿素0 50份，40%氢氧化钠5 20份；优选的，各组分的重量份为苯酚100 200份，37%甲醛200 400份，尿素30 50份，40%氢氧化钠10 20份。
5.按照权利要求1或2所述的木材改性液，其特征在于，所述低分子量酚醛树脂的制备 方法包括(1)将占总重量4/5-3/4的37%甲醛与苯酚混合进行反应，得到产物1；(2)将占总重量3/10-7/20的NaOH溶液加入到产物1中加热反应液进行反应，得到产 物2 ；(3)将剩余的NaOH溶液加入到产物2中，接着加入剩余的甲醛溶液，继续进行反应，得 到产物3 ；(4)向产物3中加入尿素进行反应，让产物逐渐降温，即得。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于步骤⑴中，将占总重量4/5-3/4的37% 甲醛与苯酚混合后升温使反应液温度到40°C进行反应，得到产物1。
7.按照权利要求5所述的方法，其特征在于步骤O)中所述的加热为将反应液温度 加热至50°C ；其中，将反应温度控制在85 88°C ；反应时间为50 70min。
8.按照权利要求5所述的方法，其特征在于步骤(3)中，当产物2的温度降到75°C以 下，将剩余的NaOH溶液加入到产物2中；其中，所述的反应温度为80 82°C，反应时间为 150 200min。
9.按照权利要求5所述的方法，其特征在于步骤(4)中当产物3降温到65°C时，向产 物3中加入尿素进行反应；其中所述的反应时间为10 30min，再逐渐使反应产物温度下 降到40°C即得。
10.权利要求1或2所述木材改性液在木材改性中的应用，包括用所述木材改性液采 用真空加压的方式对待改性的木材进行浸渍改性处理，干燥，即得。
全文摘要
本发明公开了一种木材改性液及其制备方法。其包括低分子量酚醛树脂，助剂和水。所述的低分子量酚醛树脂包括以下组分苯酚50～300份，37％甲醛100～400份，尿素0～50份，40％氢氧化钠5～20份。本发明木材改性液适合各种木材以及木材单板的改性，使用本发明木材改性液对木材改性后，能使木材力学性能得到显著提高，解决木材易开裂、变形等天然的缺陷，改性后不影响木材本身加工性、粘结性等，并且改性后木材对环境友好，还能赋予木材阻燃、防腐、防蛀等功能。
文档编号C08G14/08GK102085679SQ20101022050
公开日2011年6月8日 申请日期2010年6月28日 优先权日2010年6月28日
发明者周军浩, 王然, 雷得定 申请人:永港伟方(北京)科技股份有限公司