本發(fā)明涉及木材改性技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種復合改性的速生木材及其復合改性方法。

背景技術(shù)：

木材作為天然的高分子材料，擁有許多獨特的性能例如多孔性、高強重比、各向異性、易加工性和美觀性，但木材的缺點包括吸濕性、尺寸不穩(wěn)定性、可燃性等限制了木材的實際應用。同時由于我國人工速生林的迅速發(fā)展，使得如何將這些材質(zhì)松軟、強度低、尺寸不穩(wěn)定、材色淺的速生木材利用于需求量大的地板、家具和木制品市場變得尤為重要，因此，改善速生木材的尺寸穩(wěn)定性、加深材色、提高表面疏水性對速生木材的高效利用具有重要意義。

傳統(tǒng)的速生木材的硬化、強化和尺寸穩(wěn)定化技術(shù)包括細胞腔填充改性、細胞壁及細胞腔填充改性以及化學處理。其中通過熱改性或化學改性的化學處理是最有效的方法。公開號為CN101007412A的中國專利申請中公開了一種用于改善木材尺寸穩(wěn)定性和耐久性的木材超高溫熱處理方法，但改性木材的強度、硬度等力學性能無顯著改善。公開號為CN104057507A的中國專利申請中公開了一種室外用木地板木材增強改性處理劑，其包含糠醇組分的改性處理劑在滲透入木材內(nèi)部后，與木材纖維吸附結(jié)合，提高了力學性能和尺寸穩(wěn)定性，但糠醇單一改性木材在160℃至300℃之間的熱穩(wěn)定性劣于未改性木材。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提出的是一種速生木材復合改性方法，所述方法利用速生木材通過復合改性技術(shù)處理制備綜合性能優(yōu)良的改性木材。其目的旨在有效改善傳統(tǒng)有機聚合物改性木材熱穩(wěn)定性差以及無機化合物難以有效改性木材力學性能的缺點，同時提高速生木材的耐久性、尺寸穩(wěn)定性以及表面疏水性。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種速生木材的改性方法，包括如下步驟：

1)取速生木材，在甲苯、乙醇和丙酮的混合溶液中抽提8-24小時后取出備用；

2)將步驟1)處理后的所述速生木材在處理液中真空浸漬10-60分鐘，然后常壓浸漬2-6小時，依次交替重復所述真空浸漬和所述常壓浸漬2-3次；

其中，按重量份計，所述處理液包括50-100份鋁溶膠、0-50份去離子水和50-100份糠醇；

3)利用鋁箔紙包裹已浸漬處理的所述速生木材，在80-120℃的溫度下固化12-48小時，然后去除所述鋁箔紙，繼續(xù)在100-110℃的溫度下干燥直至恒重，即得改性后的速生木材。

優(yōu)選地，所述速生木材包括但不限于楊木、杉木、泡桐、桉木、松木等；優(yōu)選為楊木、松木或杉木。

優(yōu)選地，在抽提前，將所述速生木材加工制成一定規(guī)格的木塊，以方便后續(xù)加工。

優(yōu)選地，步驟1)的所述混合溶液中，所述甲苯、所述乙醇和所述丙酮的體積比為2-5:0-2:0-2，優(yōu)選為3-4.5:0.5-1.5:0.5-1.5；更優(yōu)選為4:1:1。更優(yōu)選地，所述甲苯為2-5份，優(yōu)選為3-4.5份；所述乙醇為0-2份，優(yōu)選為0.5-1.5份；所述丙酮為0-2份，優(yōu)選為0.5-1.5份。該混合比例下的混合溶液能夠較完全地將木材中的抽提物去除。

優(yōu)選地，所述抽提處理在索氏抽提器中進行，本發(fā)明的所述混合溶液相對于所述速生木材的用量為本領(lǐng)域常規(guī)用量，在此不作特別限定。

優(yōu)選地，所述抽提處理后，還包括對處理后的所述速生木材進行干燥處理。優(yōu)選在鼓風干燥箱中，在100-110℃下干燥10-15小時(優(yōu)選為12小時)。

本發(fā)明通過將所述速生木材在上述混合溶液中抽提，可以將所述速生木材中的抽提物去除，使后續(xù)的浸漬處理中，處理液能夠充分浸入所述速生木材中，使得浸漬液分布均勻，改性材性能均一，具有提高浸漬和改性效果的優(yōu)點。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述的處理液為以重量份計，由70-80份鋁溶膠、20-30份去離子水和70-80份糠醇均勻混合后調(diào)節(jié)pH值為3.5-4.5而形成。

本發(fā)明所述的處理液顏色均一，流動性好，具有較長是貯存穩(wěn)定性。

優(yōu)選地，步驟2)中，以甲酸調(diào)節(jié)所述處理液的pH值，優(yōu)選調(diào)節(jié)pH值為4。

優(yōu)選地，步驟2)中通過攪拌使混合液充分混合均勻。

本發(fā)明所述鋁溶膠可通過市售購得，或通過常規(guī)技術(shù)手段制備得到。為了得到更高質(zhì)量的鋁溶膠，以確保速生木材的改性質(zhì)量，本發(fā)明同時提供了鋁溶膠的制備方法。

具體地，所述鋁溶膠由以下方法制備得到：將異丙醇鋁與去離子水按摩爾比1:80-120的比例加入帶冷凝回流裝置的反應器中，攪拌，調(diào)節(jié)pH值為3.0-5.0，然后在65-90℃下恒溫加熱6-12小時，即得。

優(yōu)選地，所述異丙醇鋁與所述去離子水的摩爾比為1:90-105，更優(yōu)選為1:100。該比例下的所述異丙醇鋁與所述去離子水能夠水解完全，所得鋁溶膠貯存穩(wěn)定。

優(yōu)選地，所述鋁溶膠的制備中，調(diào)節(jié)pH值為3.5-4.5，優(yōu)選調(diào)節(jié)pH值為4，更優(yōu)選以甲酸作為pH調(diào)節(jié)劑。在上述操作條件下，能夠提高溶膠的貯存穩(wěn)定性。

優(yōu)選地，所述浸漬處理中，本發(fā)明的所述浸漬處理液相對于所述速生木材的用量為本領(lǐng)域常規(guī)用量，在此不作特別限定。

優(yōu)選地，所述恒溫加熱在恒溫水浴鍋中進行。

優(yōu)選地，步驟2)中，所述真空浸漬的壓力為0.08-0.1MPa，優(yōu)選為0.095MPa。通過在該真空度下進行真空浸漬，能夠使得浸漬液完全滲透到木材內(nèi)部。

優(yōu)選地，所述真空浸漬在真空干燥箱中進行。

優(yōu)選地，步驟4)中，所述固化及所述干燥在鼓風干燥箱中進行。

作為更理想的技術(shù)方案，本發(fā)明的速生木材的復合改性方法包括如下步驟：

1)取速生木材，在體積比為3-4.5:0.5-1.5:0.5-1.5的甲苯、乙醇和丙酮的混合溶液中抽提9-15(優(yōu)選為10小時)小時后，取出備用；

2)將步驟1)處理后的所述速生木材在處理液中真空浸漬20-40分鐘(優(yōu)選為40分鐘)，然后常壓浸漬2-6小時(優(yōu)選為4小時)，依次交替重復所述真空浸漬和所述常壓浸漬2-3次；

其中，所述真空浸漬的壓力為0.08-0.1Mpa；所述處理液為按重量份計，由70-80份鋁溶膠、20-30份去離子水和70-80份糠醇混合均合后調(diào)節(jié)pH值為3.5-4.5而形成；

所述鋁溶膠由以下方法制備得到：將異丙醇鋁與去離子水按摩爾比1:90-105的比例加入帶冷凝回流裝置的反應器中，攪拌，調(diào)節(jié)pH值為3.5-4.5，然后在65-90℃下恒溫加熱6-12小時，即得；

3)利用鋁箔紙包裹已浸漬處理的所述速生木材，在90-110℃(優(yōu)選為110℃)的溫度下固化18-24小時(優(yōu)選為20小時)，然后去除所述鋁箔紙，繼續(xù)在100-110℃(優(yōu)選為105℃)的溫度下干燥直至恒重，即得改性后的速生木材。

本發(fā)明同時還提供一種按照上述方法改性得到的速生木材，該改性后的速生木材的熱穩(wěn)定性高、力學性能好，具有優(yōu)異的耐久性、尺寸穩(wěn)定性以及表面疏水性。

本發(fā)明上述技術(shù)方案的優(yōu)點體現(xiàn)在以下方面：

(1)本發(fā)明利用可再生的糠醇作為改性劑的原料，糠醇來源于生物質(zhì)資源，沒有環(huán)境污染等問題。

(2)本發(fā)明使改性后的速生木材具備高檔木材所具有的顏色，且保持了木材本身的自然紋理。

(3)本發(fā)明使改性后的速生木材獲得了良好的尺寸穩(wěn)定性，同時提高了木材的表面耐磨性和疏水性。

(4)本發(fā)明中經(jīng)過鋁溶膠/糠醇復合改性后的木材相較于糠醇單一改性木材，在160℃至300℃之間表現(xiàn)出較好的熱穩(wěn)定性。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例來進一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點和特點將會隨著描述而更為清楚。但這些實施例僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。

本發(fā)明實施例與對照例中各項指標計算及檢測如下：

1)增重率(WPG)測試。計算公式如下：

其中，Wt為改性后試件絕干重量，Wu為未改性試件絕干重量；

2)體積膨脹率(BE)

其中，Vt為改性后試件絕干體積，Vu為未改性試件絕干體積；

3)尺寸穩(wěn)定性(ASE)測試。計算公式如下：

其中，ASE為抗?jié)q縮系數(shù)，St為改性試件在水中浸泡24小時體積變化率，Su為未改性試件體積變化率。連續(xù)測試3次即得三循環(huán)抗?jié)q縮系數(shù)；

實施例1

本實施例提供了一種速生木材的復合改性方法。所述速生木材的復合改性方法包括以下步驟：

1)將窯干的低密度速生木材楊木制成尺寸20*20*20mm的木塊后，在甲苯、乙醇和丙酮(體積比為4:1:1)的混合溶液中用索氏抽提器抽提10小時，并在鼓風干燥箱中100℃下干燥12小時，取出備用；

2)將步驟1)中抽提處理后的所述木塊浸漬于處理液中，并放入真空干燥箱中真空浸漬30分鐘，然后常壓浸漬2小時，如此過程重復3次；其中，處理液為50g鋁溶膠、50g去離子水和100g份糠醇混合均合而成，利用甲酸調(diào)節(jié)pH值為4；鋁溶膠由以下方法制備得到：將20.42g異丙醇鋁與180g去離子水加入帶冷凝回流裝置的反應器中，攪拌，利用甲酸調(diào)節(jié)pH值為4，然后在85℃下恒溫加熱6小時，即得；

3)利用鋁箔紙包裹已浸漬處理的所述木塊，然后放入鼓風干燥箱中，在100℃的溫度下固化20小時，隨后將所述鋁箔紙去掉，繼續(xù)在105℃溫度下干燥直至恒重，即得改性后的速生木材。

本實施例經(jīng)鋁溶膠/糠醇復合改性后制得的速生木材經(jīng)檢測各項性能指標如下：增重率：55.97％，體積膨脹率：7.50％，240℃熱失重率為11％。

實施例2

本實施例提供了一種速生木材的復合改性方法。所述速生木材的復合改性方法包括以下步驟：

1)將窯干的低密度速生木材松木制成尺寸20*20*20mm的木塊后，在甲苯、乙醇和丙酮(體積比為4:2:2)的混合溶液中用索氏抽提器抽提8小時，并在鼓風干燥箱中100℃下干燥10小時，取出備用；

2)將步驟1)中抽提處理后的所述木塊浸漬于處理液中，并放入真空干燥箱中真空浸漬40分鐘，然后常壓浸漬3小時，如此過程重復3次；其中，處理液為100g鋁溶膠和100g份糠醇混合均合而成，利用甲酸調(diào)節(jié)pH值為4.5；鋁溶膠由以下方法制備得到：將20.42g異丙醇鋁與144g去離子水加入帶冷凝回流裝置的反應器中，攪拌，利用甲酸調(diào)節(jié)pH值為4.5，然后在90℃下恒溫加熱6小時，即得；

3)利用鋁箔紙包裹已浸漬處理的所述木塊，然后放入鼓風干燥箱中，在120℃的溫度下固化18小時，隨后將所述鋁箔紙去掉，繼續(xù)100℃溫度下干燥直至恒重，即得改性后的速生木材。

本實施例經(jīng)鋁溶膠/糠醇復合改性后制得的速生木材經(jīng)檢測各項性能指標如下：增重率：49.44％，體積膨脹率：5.27％，240℃熱失重率為8％。

實施例3

本實施例提供了一種速生木材的復合改性方法。所述速生木材的復合改性方法包括以下步驟：

1)將窯干的低密度速生木材杉木制成尺寸20*20*20mm的木塊后，在甲苯、乙醇和丙酮(體積比為2:1:1)的混合溶液中用索氏抽提器抽提15小時，并在鼓風干燥箱中105℃下干燥15小時，取出備用；

2)將步驟1)中抽提處理后的所述木塊浸漬于處理液中，并放入真空干燥箱中真空浸漬20分鐘，然后常壓浸漬5小時，如此過程重復2次；其中，處理液為80g鋁溶膠、30g去離子水和80g糠醇混合均合而成，利用甲酸調(diào)節(jié)pH值為3.5；鋁溶膠由以下方法制備得到：將20.42g異丙醇鋁與216g去離子水加入帶冷凝回流裝置的反應器中，攪拌，利用甲酸調(diào)節(jié)pH值為3.5，然后在65℃下恒溫加熱12小時，即得；

3)利用鋁箔紙包裹已浸漬處理的所述木塊，然后放入鼓風干燥箱中，在80℃的溫度下固化48小時，隨后將所述鋁箔紙去掉，繼續(xù)110℃溫度下干燥直至恒重，即得改性后的速生木材。

本實施例經(jīng)鋁溶膠/糠醇復合改性后制得的速生木材經(jīng)檢測各項性能指標如下：增重率：26.68％，體積膨脹率：3.26％，表面硬度：50.23Shore D，240℃熱失重率為13％。

實施例4

本實施例提供了一種速生木材的復合改性方法。所述速生木材的復合改性方法包括以下步驟：

1)將窯干的低密度速生木材楊木制成尺寸20*20*20mm的木塊后，在甲苯、乙醇和丙酮(體積比為4:2:1)的混合溶液中用索氏抽提器抽提24小時，并在鼓風干燥箱中110℃下干燥15小時，取出備用；

2)將步驟1)中抽提處理后的所述木塊浸漬于處理液中，并放入真空干燥箱中真空浸漬60分鐘，然后常壓浸漬6小時，如此過程重復2次；其中，處理液為70g鋁溶膠、20g去離子水和70g糠醇混合均合而成，利用甲酸調(diào)節(jié)pH值為4；鋁溶膠由以下方法制備得到：將20.42g異丙醇鋁與162g去離子水加入帶冷凝回流裝置的反應器中，攪拌，利用甲酸調(diào)節(jié)pH值為4，然后在80℃下恒溫加熱8小時，即得；

3)利用鋁箔紙包裹已浸漬處理的所述木塊，然后放入鼓風干燥箱中，在110℃的溫度下固化24小時，隨后將所述鋁箔紙去掉，繼續(xù)105℃溫度下干燥直至恒重，即得改性后的速生木材。

本實施例經(jīng)鋁溶膠/糠醇復合改性后制得的速生木材經(jīng)檢測各項性能指標如下：增重率：35.47％，體積膨脹率：4.25％，表面硬度：52.32Shore D，240℃熱失重率為13％。

對照例1

本對照例提供了一種速生木材的改性方法。與實施例1相比，本對照例所述改性方法的區(qū)別點僅在于：本對照例使用的處理液的不同，具體由以下方法制備得到：

將100g去離子水和100g糠醇混合，利用甲酸調(diào)節(jié)pH值為4，并在攪拌器下混合均勻，即得所述處理液(未使用鋁溶膠)。

上述經(jīng)糠醇改性后的速生木材經(jīng)檢測各項性能指標如下：增重率：90.03％，體積膨脹率：8.54％，240℃熱失重率為14％。

由此可見，經(jīng)本發(fā)明的所述方法復合改性后的速生木材的熱穩(wěn)定性得到明顯改善，具有良好的尺寸穩(wěn)定性以及疏水性；同時，本發(fā)明所述方法對環(huán)境友好，方法簡單，具有廣闊的市場前景。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實施例對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。