專利名稱：一種木材改性液及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種木材改性液及其制備方法，本發明還涉及該木材改性液在木材改 性中的應用，屬于木材化學改性領域。
背景技術：
我國是世界上木材及木制品的消費大國，又是全世界人均占有森林資源最少的國 家之一。隨著國民經濟快速穩定發展，人民生活水平的提高，我國木材消耗的進一步增加， 供需的矛盾進一步加劇。人工林的木材生長迅速，可以緩解我國木材供需的矛盾。但人工 林的木材存在著材質疏松、易開裂變形和不耐腐朽的特點，應用范圍受到限制，不能用于高 檔家具等木制品，目前只能用于要求較低的人造板制造和造紙行業。木材改性是在保持木 材天然紋理色澤、高強重比、易于加工、吸音隔熱等固有優點的前提下，通過對木材進行一 系列的物理、化學處理，改善和克服木材干縮濕脹、尺寸穩定性差、不耐腐、易燃、不耐磨和 易變色等固有缺陷，同時賦予木材某些特殊功能的一類加工方法的總稱。木材改性是改善 人工林木材和低檔木材天然缺陷的有效途徑，處理后的木材密度、表面硬度、耐磨性和尺寸 穩定性等都大幅度提高，可廣泛應用于地板、建筑裝飾材料及家具行業。有效地使用木材，延長木材的使用壽命，低檔木材高檔化應用，對我國建設資源節 約型社會和環境保護具有重要戰略意義。隨著人們對木材質量的要求越來越高越來越全 面，多功能性的木材改性技術也是木材改性發展的主要方向，不僅僅是材性的提高，同時還 應該使木材具備防腐性能和阻燃等性能。環境保護也是目前開發任何一種商品所必須關注 的問題，因此，改性木在生產和使用的過程中對人體和環境的影響將會是制約其發展的主 要因素。目前，木材改性的改性液種類很多、改性的方法也有很多。改性液類型包括不飽和 烯烴類單體、預聚體、尿醛樹脂、酚醛樹脂、糠醇樹脂、間苯二酚樹脂、乙酰劑等。但這些改性 液大多存在改性單一、污染環境、工序復雜、造成改性后藥劑的流失等缺點。因此，研發一種 既能改善木材性能，又能有效地使用木材，延長木材的使用壽命，將低檔木材變高檔化應用 的木材改性液，將具有重要的現實意義。

發明內容
本發明目的之一是提供一種木材改性液，使用該木材改性液對木材改性后，能使 木材力學性能得到顯著提高，解決木材易開裂、變形等天然的缺陷，改性后不影響木材本身 加工性、粘結性等，并且改性后木材對環境友好，還能賦予木材阻燃、防腐、防蛀等功能。本發明目的之二提供一種制備上述木材改性液的方法；本發明上述目的是通過以下技術方案來實現的一種木材改性液，包括低分子量酚醛樹脂，助劑和水；為了達到更好的效果，優選的，各組分的重量份是低分子量酚醛樹脂60-140份， 助劑0-90份，水0-600份；
更優選的，各組分的重量份是低分子量酚醛樹脂80-120份，助劑20-40份，水 30-130 份；特別優選的，各組分的重量份是低分子量酚醛樹脂100份，助劑30份，水65份。其中，所述的低分子量酚醛樹脂包括以下組分苯酚50 300份，37% (g/g)甲醛 100 400份，尿素0 50份，40% (g/g)氫氧化鈉5 20份；優選的，各組分的重量份為苯酚100 200份，37%甲醛200 400份，尿素30 50份，40%氫氧化鈉10 20份；其制備方法包括(1)將占總重量4/5-3/4的甲醛溶液與苯酚混合進行反應，得到產物1 ；(2)將占總重量3/10-7/20的NaOH溶液加入到產物1中加熱反應液進行反應，得 到產物2 ；(3)將剩余的NaOH溶液加入到產物2中，接著加入剩余的甲醛溶液，繼續進行反 應，得到產物3;(4)向產物3中加入尿素進行反應，讓產物逐漸降溫，即得。為了達到更好的效果，步驟(1)中，優選的，將占總重量4/5-3/4的37%甲醛與苯 酚混合后升溫使反應液溫度到40°C進行反應，得到產物1 ；優選的，步驟O)中所述的加熱為將反應液溫度加熱至50°C ；其中，將反應溫度控 制在85 88°C;反應時間優選為50 70min ；使之能夠均勻的反應，避免聚合度較大，而造 成反應產物分子量過大。優選的，步驟(3)中，當產物2的溫度降到75°C以下，將剩余的NaOH溶液加入到 產物2中；其中，步驟(3)中所述的反應溫度優選為80 82°C，反應時間優選為150 200min ；優選的，步驟(4)中當產物3降溫到65°C時，向產物3中加入尿素進行反應；其中 所述的反應時間優選為10 30min，再逐漸使反應產物溫度下降到40°C即得。所述的助劑可根據不同的木材改性需求進行選擇，例如可以是阻燃劑、防腐劑或 防水劑中的任意一種或一種以上按任意重量比例所組成的混合物。這些阻燃劑、防腐劑或 防水劑都是木材改性中常用到的阻燃劑、防腐劑或防水劑，都可以從商業途徑購買得到。其中，水的用量可根據木材的密度和浸漬性能進行不同濃度的稀釋，這均是本領 域技術人員所習知的技術。本發明木材改性液在木材改性中的應用，包括用本發明木材改性液采用真空加 壓的方式對待改性的木材進行浸漬改性處理，干燥，即得；作為參考，所述的真空加壓的條 件為真空度0. 08MPa，真空時間30min，加壓使用壓力1. OMPa，加壓時間池。本發明木材改性液使酚醛樹脂在木材內部形成交聯，從而在木材內部聚合形成填 充和粘結，部分與木材細胞壁成分的羥基反應形成化學交聯。由于形成的高分子聚合物的 填充和交聯的作用，使所使用的助劑能夠很好的保留在木材內部，從而實現木材的尺寸穩 定性，力學性能均有顯著的提高，同時賦予木材阻燃、防腐、防蛀等特性。本發明木材改性液不會在浸漬和固化后在木材表面形成殘留，保證了木材表面的 潔凈，經過處理的木材顏色變深，有接近于高檔材材色的趨勢，使人們更容易接受，光澤基 本上不發生改變，整個處理過程中，改性液可循環利用，工藝簡單，不需要復雜的設備。本發明木材改性液，具有操作方便、工藝簡單、環境友好、留存率高、性能改善明顯等特點。
具體實施例方式下面結合具體實施例來進一步描述本發明，本發明的優點和特點將會隨著描述而 更為清楚。但這些實施例僅是范例性的，并不對本發明的范圍構成任何限制。本領域技術 人員應該理解的是，在不偏離本發明的精神和范圍下可以對本發明技術方案的細節和形式 進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發明的保護范圍內。實施例1木材改性液1的制備一、低分子量酚醛樹脂的合成(按重量份計)首先加入第一批料，苯酚100份和甲醛溶液(質量百分比為37% 的甲醛水溶液)160份，升溫使反應液溫度到40°C ；之后，加入第一批NaOH溶液(質量百分 比為40%的NaOH水溶液)3份，繼續加熱，當反應液溫度達到50°C時停止加熱，反應溫度嚴 格控制在85°C ；反應50min后，將溫度降到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，保持溫度在80°C反應150min ；降溫到65°C加入尿素30份， 反應lOmin，再逐漸使溫度下降到40°C即得低分子量酚醛樹脂。二、取合成后的低分子量酚醛樹脂100份、阻燃劑30份、水65份，混合均勻，即得。實施例2木材改性液2的制備一、低分子量酚醛樹脂的合成(按重量份計)首先加入第一批料，苯酚100份和甲醛溶液(質量百分比為37% 的甲醛水溶液)160份，升溫使反應液溫度到40°C ；之后，加入第一批NaOH溶液(質量百分 比為40%的NaOH水溶液)5份，繼續加熱，當反應液溫度達到50°C時停止加熱，反應溫度嚴 格控制在85°C ；反應50min后，將溫度降到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，保持溫度在80°C反應150min ；降溫到65°C加入尿素30份， 反應lOmin，再逐漸使溫度下降到40°C即得低分子量酚醛樹脂。二、取合成后的低分子量酚醛樹脂100份、阻燃劑20份、防腐劑10份、水65份，混
合均勻，即得。實施例3木材改性液3的制備一、低分子量酚醛樹脂的合成(按重量份計)首先加入第一批料，苯酚100份和甲醛溶液(質量百分比為37% 的甲醛水溶液)160份，升溫使反應液溫度到40°C ；之后，加入第一批NaOH溶液(質量百分 比為40%的NaOH水溶液)5份，繼續加熱，當反應液溫度達到50°C時停止加熱，反應溫度嚴 格控制在85°C ；反應50min后，將溫度降到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，保持溫度在80°C反應150min ；降溫到65°C加入尿素30份， 反應lOmin，再逐漸使溫度下降到40°C即得低分子量酚醛樹脂。二、取合成后的低分子量酚醛樹脂100份、阻燃劑20份、防水劑10份、水65份，混
合均勻，即得。 實施例4木材改性液4的制備一、低分子量酚醛樹脂的合成(按重量份計)首先加入第一批料，苯酚100份和甲醛溶液(質量百分比為37%的甲醛水溶液)160份，升溫使反應液溫度到40°C ；之后，加入第一批NaOH溶液(質量百分 比為40%的NaOH水溶液)5份，繼續加熱，當反應液溫度達到50°C時停止加熱，反應溫度嚴 格控制在85°C ；反應50min后，將溫度降到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，保持溫度在80°C反應150min ；降溫到65°C加入尿素30份， 反應lOmin，再逐漸使溫度下降到40°C即得低分子量酚醛樹脂。二、取合成后的低分子量酚醛樹脂100份、阻燃劑10份、防腐劑10份、防水劑10 份、水65份，混合均勻，即得。實施例5木材改性液5的制備—、低分子量酚醛樹脂的合成(按重量份計)首先加入第一批料，苯酚100份和甲醛溶液(質量百分比為37% 的甲醛水溶液)160份，升溫使反應液溫度到40°C ；之后，加入第一批NaOH溶液(質量百分 比為40%的NaOH水溶液)5份，繼續加熱，當反應液溫度達到50°C時停止加熱，反應溫度嚴 格控制在85°C ；反應70min后，將溫度降到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，保持溫度在80°C反應200min ；降溫到65°C加入尿素30份， 反應20min，再逐漸使溫度下降到40°C即得低分子量酚醛樹脂。二、取合成后的低分子量酚醛樹脂100份、防水劑30份、水65份，混合均勻，即得。實施例6木材改性液6的制備一、低分子量酚醛樹脂的合成(按重量份計)首先加入第一批料，苯酚100份和甲醛溶液(質量百分比為37% 的甲醛水溶液)160份，升溫使反應液溫度到40°C ；之后，加入第一批NaOH溶液(質量百分 比為40%的NaOH水溶液)3份，繼續加熱，當反應液溫度達到50°C時停止加熱，反應溫度嚴 格控制在85°C ；反應50min后，將溫度降到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，保持溫度在80°C反應150min ；降溫到65°C加入尿素30份， 反應lOmin，再逐漸使溫度下降到40°C即得低分子量酚醛樹脂。二、取合成后的低分子量酚醛樹脂100份、防腐劑30份、水65份，混合均勻，即得。實施例7木材改性液7的制備一、低分子量酚醛樹脂的合成(按重量份計)首先加入第一批料，苯酚200份和甲醛溶液(質量百分比為37% 的甲醛水溶液)300份，升溫使反應液溫度到40°C ；之后，加入第一批NaOH溶液(質量百分 比為40%的NaOH水溶液)7份，繼續加熱，當反應液溫度達到50°C時停止加熱，反應溫度嚴 格控制在88°C ；反應50min后，將溫度降到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，保持溫度在80°C反應150min ；降溫到65°C加入尿素50份， 反應lOmin，再逐漸使溫度下降到40°C即得低分子量酚醛樹脂。二、取合成后的低分子量酚醛樹脂100份、阻燃劑30份、水65份，混合均勻。實施例8木材改性液8的制備一、低分子量酚醛樹脂的合成(按重量份計)首先加入第一批料，苯酚200份和甲醛溶液(質量百分比為37% 的甲醛水溶液)300份，升溫使反應液溫度到40°C ；之后，加入第一批NaOH溶液(質量百分 比為40%的NaOH水溶液)7份，繼續加熱，當反應液溫度達到50°C時停止加熱，反應溫度嚴格控制在88°C ；反應50min后，將溫度降到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，保持溫度在80°C反應150min ；降溫到65°C加入尿素50份， 反應lOmin，再逐漸使溫度下降到40°C即得低分子量酚醛樹脂。二、取合成后的低分子量酚醛樹脂100份、阻燃劑30份、水130份，混合均勻，即得。試驗例1本發明木材改性液的應用效果試驗一、試驗對象實施例1-8所制備的木材改性液1-8 ；二、試驗方法用楊木作為實驗材使用以上的實施例1-8進行改性處理，采用真空加壓的方式進 行木材的浸漬改性處理。真空度0. 08MPa，真空時間30min，加壓使用壓力1. OMPa,時間2h， 干燥即得改性楊木。三、試驗結果通過本發明木材改性液處理的楊木改性材，最終增重率在20 70%，密度提高 20 60 %，氧指數提高10 70 %，尺寸穩定性提高15 40 %，表面硬度提高80 150 %， 防腐性能明顯提高，吸水率降低70 160%。
權利要求
1.一種木材改性液，其特征在于，包括低分子量酚醛樹脂，助劑和水。
2.按照權利要求1所述的木材改性液，其特征在于，各組分的重量份是低分子量酚醛 樹脂60-140份，助劑0-90份，水0-600份；優選的，各組分的重量份是低分子量酚醛樹脂80-120份，助劑20-40份，水30-130 份；特別優選的，各組分的重量份是低分子量酚醛樹脂100份，助劑30份，水65份。
3.按照權利要求1或2所述的木材改性液，其特征在于所述的助劑是阻燃劑、防腐劑 或防水劑中的任意一種或一種以上按任意重量比例所組成的混合物。
4.按照權利要求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樹脂包 括以下組分苯酚50 300份，37%甲醛100 400份，尿素0 50份，40%氫氧化鈉5 20份；優選的，各組分的重量份為苯酚100 200份，37%甲醛200 400份，尿素30 50份，40%氫氧化鈉10 20份。
5.按照權利要求1或2所述的木材改性液，其特征在于，所述低分子量酚醛樹脂的制備 方法包括(1)將占總重量4/5-3/4的37%甲醛與苯酚混合進行反應，得到產物1；(2)將占總重量3/10-7/20的NaOH溶液加入到產物1中加熱反應液進行反應，得到產 物2 ；(3)將剩余的NaOH溶液加入到產物2中，接著加入剩余的甲醛溶液，繼續進行反應，得 到產物3 ；(4)向產物3中加入尿素進行反應，讓產物逐漸降溫，即得。
6.按照權利要求5所述的方法，其特征在于步驟⑴中，將占總重量4/5-3/4的37% 甲醛與苯酚混合后升溫使反應液溫度到40°C進行反應，得到產物1。
7.按照權利要求5所述的方法，其特征在于步驟O)中所述的加熱為將反應液溫度 加熱至50°C ；其中，將反應溫度控制在85 88°C ；反應時間為50 70min。
8.按照權利要求5所述的方法，其特征在于步驟(3)中，當產物2的溫度降到75°C以 下，將剩余的NaOH溶液加入到產物2中；其中，所述的反應溫度為80 82°C，反應時間為 150 200min。
9.按照權利要求5所述的方法，其特征在于步驟(4)中當產物3降溫到65°C時，向產 物3中加入尿素進行反應；其中所述的反應時間為10 30min，再逐漸使反應產物溫度下 降到40°C即得。
10.權利要求1或2所述木材改性液在木材改性中的應用，包括用所述木材改性液采 用真空加壓的方式對待改性的木材進行浸漬改性處理，干燥，即得。
全文摘要
本發明公開了一種木材改性液及其制備方法。其包括低分子量酚醛樹脂，助劑和水。所述的低分子量酚醛樹脂包括以下組分苯酚50～300份，37％甲醛100～400份，尿素0～50份，40％氫氧化鈉5～20份。本發明木材改性液適合各種木材以及木材單板的改性，使用本發明木材改性液對木材改性后，能使木材力學性能得到顯著提高，解決木材易開裂、變形等天然的缺陷，改性后不影響木材本身加工性、粘結性等，并且改性后木材對環境友好，還能賦予木材阻燃、防腐、防蛀等功能。
文檔編號C08G14/08GK102085679SQ20101022050
公開日2011年6月8日 申請日期2010年6月28日 優先權日2010年6月28日
發明者周軍浩, 王然, 雷得定 申請人:永港偉方(北京)科技股份有限公司