一种羧基化蔗糖木材改性剂的制备方法及其应用

本发明涉及一种羧基化蔗糖木材改性剂的制备方法及其应用。

背景技术：

1、人工速生林木材的高效利用是解决我国木材供需矛盾的有效手段，但是速生材存在尺寸稳定性差、力学强度低和抗真菌能力差等缺陷，因而限制了速生材的应用领域。化学改性是提高木材材质的重要途径，是克服木材的尺寸不稳定、抗腐朽以及抗老化等性能差等缺点的有效方法。

2、传统木材化学改性技术包括乙酰化、糠醇改性、脲醛和酚醛树脂处理等，这些改性技术在均能一定程度上提高木材的材质性能，并实现了不同规模的产业化。然而，这些处理方法所用的改性剂大多来自石化资源，不具有可持续性；处理过程或处理后的产品存在游离甲醛和副产物污染等问题，对环境和人体存在着潜在危害。其次，当木材在室外使用时，由于太阳光中紫外线的作用，会使得木材发生褪色和降解的现象，进而影响木材的性能和使用寿命。传统的木材抗紫外的方法，比如采用油漆涂饰，其效果不显著，普通漆面也容易发生光老化而降解失效；无机纳米金属抗紫外剂(如zno、tio2等)虽然具有较好的抗紫外性能，但也存在金属纳米颗粒分散困难、成本高等不足；有机紫外吸收剂也具有不错的抗紫外效果，但是存在着易流失的缺点。因此，开发一种绿色环保、使用方便、无副产物污染且能有效提高木材的尺寸稳定性、抗紫外和耐腐朽性能的木材改性剂对改善木材的室外使用性能和延长使用寿命具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有木材改性技术中存在的甲醛与醋酸等挥发物释放的问题，提供一种羧基化蔗糖木材改性剂的制备方法及其应用。

2、本发明一种羧基化蔗糖木材改性剂的制备方法按以下步骤进行：一、将蔗糖溶解于水中，然后加入氧化剂，在40～80℃下磁力搅拌进行反应，反应完成后冷却至室温，得到氧化蔗糖溶液；

3、二、在氧化蔗糖溶液中加入次亚磷酸钠，得到混合液，然后升温进行去质子化，得到去质子化的氧化蔗糖溶液；

4、三、在去质子化的氧化蔗糖溶液中加入酸，进行接枝反应，得到羧基化蔗糖溶液，经过冷冻干燥，得到羧基化蔗糖改性剂固体粉末。

5、本发明通过对蔗糖分子进行氧化处理，加入了多元酸，在氧化糖分子上面接枝了更多的羧基，进而制备成羧基化蔗糖，蔗糖分子上更多的羧基有助于改性剂在木材细胞壁中发生交联，提高抗弯强度；羧基化蔗糖的羧基与木材细胞壁上的羟基发生酯化反应，进而发生交联，用于木材改性，以改善木材材质，提高木材的应用价值，其具体优点如下：

6、1、本发明所使用的蔗糖来源于自然界的光合作用，来源广泛且可持续；所述氧化剂为双氧水等绿色环保药剂，氧化蔗糖过程中不产生污染物。

7、2、本发明所述的使用的二元酸或多元酸可以是苹果酸或柠檬酸等天然有机酸，不会对制成的木材改性剂和环境带来负面作用；因此，羧基化蔗糖的制备所需原料及其过程都是环保无污染的。

8、3、本发明所述改性剂用水作为溶剂，在处理木材干燥过程中不存在有机溶剂挥发产生的环境问题；同时，所述改性剂在木材处理过程中及其所改性的木材在使用过程中均不会挥发，也不会产生诸如甲醛、苯酚等有害物质的挥发释放问题。

9、4、本发明所述改性木材在水中浸泡一周的改性剂流失率低，仅为21％，解决了蔗糖在木材中的易流失问题。

10、5、此外，由于羧基化蔗糖分子与木材细胞壁组分中的极性羟基发了酯化反应，即部分木质素脂肪族中的羟基和酚羟基也参与反应，从而可以阻止光诱导苯氧自由基的形成，降低了木材对紫外光降解的敏感性。因此，本发明提供的改性木材的制备方法通过一次性浸渍即完成木材的改性处理，得到的改性木材具有尺寸稳定性高、抗紫外光和抗腐朽的优良综合性能。

技术特征：

1.一种羧基化蔗糖木材改性剂的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、将蔗糖溶解于水中，然后加入氧化剂，在40～80℃下磁力搅拌进行反应，反应完成后冷却至室温，得到氧化蔗糖溶液；

2.根据权利要求1所述的一种羧基化蔗糖木材改性剂的制备方法，其特征在于，所述氧化剂为双氧水、高碘酸钠或2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物。

3.根据权利要求1所述的一种羧基化蔗糖木材改性剂的制备方法，其特征在于，氧化剂和蔗糖的摩尔比为1:3～6。

4.根据权利要求1所述的一种羧基化蔗糖木材改性剂的制备方法，其特征在于，步骤一中反应时间为8～16小时。

5.根据权利要求1所述的一种羧基化蔗糖木材改性剂的制备方法，其特征在于，步骤二中混合液中次亚磷酸钠的质量浓度为1～3％。

6.根据权利要求1所述的一种羧基化蔗糖木材改性剂的制备方法，其特征在于，去质子化反应温度为50～80℃，反应时间为0.5～2小时。

7.根据权利要求1所述的一种羧基化蔗糖木材改性剂的制备方法，其特征在于，步骤三中所述酸与蔗糖的摩尔比为1～3:1，接枝反应温度为100℃，反应时间为5～30分钟；其中酸为二元酸或三元酸。

8.根据权利要求1所述的一种羧基化蔗糖木材改性剂的制备方法，其特征在于，步骤三中所述酸为苹果酸、草酸、柠檬酸和酒石酸中的一种或者多种按任意比混合。

9.如权利要求1制备的羧基化蔗糖木材改性剂在木材改性中的应用，其特征在于，所述改性的方法为满细胞法。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，改性木材的方法：一、将木材在真空度为-0.06～-0.1mpa条件下进行真空处理1～8小时，导入羧基化蔗糖木材改性剂，在压力为0.5～2.0mpa的条件下进行加压处理12～24小时，得到处理后的木材；

技术总结
一种羧基化蔗糖木材改性剂的制备方法及其应用，本发明涉及一种羧基化蔗糖木材改性剂的制备方法及其应用，本发明的目的是为了解决现有木材改性技术中存在的甲醛与醋酸等挥发物释放的问题，本发明通过将蔗糖氧化、去质子化和羧基化三步法而制备得到的，将制备的羧基化蔗糖固体粉末可溶解于水中配置成不同浓度的木材改性剂溶液。利用本发明提供的羧基化蔗糖改性剂进行木材改性处理，羧基化蔗糖能有效固着在木材细胞中，有较好的抗流失性；羧基化蔗糖改性材具有较好尺寸稳定性，抗紫外(UV)光和抗腐朽性能也显著提高，极大改善了木材的综合性能，延长了木材的使用寿命。本发明涉及木材加工与改性领域。

技术研发人员：车文博,郭文岩,俞友明
受保护的技术使用者：浙江农林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13