一种安全环保的化学浸渍改性杉木的新方法

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1.本发明属于木材化学增强改性技术领域，涉及一种安全环保的化学浸渍改性杉木的新方法，具体涉及一种安全环保的可降解聚乳酸浸渍改性杉木的新方法。


背景技术：

2.作为一种储量丰富、生物相容性好、可生物降解、绿色环保、成本低廉、易于加工的天然生物质材料，木材具有丰富、精细、复杂、层级的多孔结构，同时具有各向异性、低密度、高弹性、机械性能优异等特点。尤其是起到水分和养料运输作用的纵向排列的管孔构造，为流体吸收提供了天然的管道结构。杉木木材内部含有丰富的微纳米孔道，为营养物质提供了天然的毛细管作用。杉木具有易加工、尺寸稳定性好、坚韧轻盈、含油量低、经济实用等优点。但是在高温环境下，杉木就会很脆弱，不仅不耐碰，也容易变形，并且杉木木质松软，日常的清洁和护理做的不好，会造成难以修复的开裂。对杉木进行浸渍改性能够提高杉木木材的尺寸稳定性、力学强度和耐热性等性能，扩大杉木在建筑、家具以及装饰等方面的应用领域。
3.目前国内外研究较多的是低分子量树脂改性，如脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和酚醛树脂等，但改性处理使木材颜色加深，并且醛类树脂会释放甲醛气体，伤害人体健康，限制了酚醛树脂改性木材的应用范围。现有的浸渍方法中，多为物理浸渍，容易产生化学性质不稳定、化学泄漏等诸多问题。浸渍工艺方面还存在很多问题，在目前的研究中，所有浸渍需要的树脂均在聚合后浸渍木材，但聚合后的树脂已由小分子单体逐步相连形成大分子链或带有支链的大分子结构，使浸渍过程难以实现。因此，许多学者将目光转向扩大木材孔结构中来，通过去除木材中半纤维素或木质素来改善和扩大木材孔结构，但在纳米级别扩大孔结构对木材浸渍的效果改善甚微，同时又增加了制作工艺的步骤，对扩大产业链进行批量生产具有不利影响。在浸渍过程中，多数研究者们主要采用负压-常压-加压的方式，将木材压入浸渍液中进行浸渍处理，这种浸渍方式有助于加大浸渍效率并且提高木材增重率，但操作过程具有一定危险性，稍有不慎就会出现爆炸。
4.综合上述情况，迫切需要开发一种安全环保的化学浸渍改性杉木的新方法，以期改善物理浸渍导致化学泄漏的问题、提高浸渍效率、规避浸渍木材对环境的污染问题、提高浸渍过程的安全性，解决浸渍材的关键技术问题。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是克服现有浸渍工艺的缺点，提供一种负压-释放负压的重复循环式安全浸渍工艺和先浸渍再合成的处理步骤，以期提高木材的浸渍效率、化学稳定性、绿色环保性、浸渍过程的安全性、批量生产的可行性以及浸渍液的循环利用性。
6.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
7.一种安全环保的化学浸渍改性杉木的新方法，所述方法是通过负压-释放负压的重复循环浸渍处理，再取出杉木木块进行原位合成的方法，得到绿色环保的浸渍改性杉木。
8.优选的，包含以下步骤：
9.(1)将原料丙交酯与辛酸亚锡在烧杯中混合均匀，将杉木木块浸没在混合溶液中，将烧杯置于恒温真空干燥箱中，先抽真空保持负压，使混合溶液充分进入木块后，释放负压。重复此过程进行浸渍处理；
10.(2)将浸渍好的木块取出，擦去表面液体，置于恒温真空干燥箱中，抽真空并保持负压，进行原位合成处理；
11.(3)取出合成好的木块，固化，得到安全环保的聚乳酸浸渍改性杉木。
12.优选的，所述丙交酯与辛酸亚锡的质量比为2000:1。浸渍处理的温度为95-120℃，合成处理的温度为140-180℃，合成时间为3h。
13.优选的，所述杉木包括云杉、红杉、黄杉中的一种或多种。
14.优选的，所述步骤(1)或步骤(2)中，真空抽至-0.09mpa～-0.1mpa，负压保持15-30min，释放负压至大气压并保持5min。
15.优选的，所述步骤(1)中，循环次数为2-4次。
16.优选的，所述步骤(2)中，固化温度为室温，固化时间为10-20min。
17.与现有技术相比，本发明的优点在于：
18.(1)本发明提供了一种安全环保的化学浸渍改性杉木的新方法，实现杉木的化学增强改性。传统低分子量树脂的分子链长，浸渍效率低，使浸渍时间延长，浸渍效果差；本发明先将丙交酯单体浸入木材孔结构中，取出后进行原位合成，能够显著提高木材的浸渍效率。
19.(2)本发明采用先浸渍再取出木块进行原位合成的方法，提高了浸渍液的循环利用率。
20.(3)物理浸渍容易产生化学性质不稳定、化学泄漏等诸多问题。本发明采用化学浸渍，利用聚乳酸分子链中的羧基与木材中含有的羟基进行反应，实现化学浸渍。
21.(4)传统低分子量树脂改性，如脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和酚醛树脂等，改性处理使木材颜色加深，并且醛类树脂会释放甲醛气体，伤害人体健康。本发明使用可降解的无毒无污染的聚乳酸改性杉木，不会对人体和环境产生影响，材料绿色环保。
22.(5)本发明采用负压-释放负压的循环浸渍方法，与加压步骤相比，本方法提高了实验过程中的安全性，无爆炸危险。
23.(6)本发明采用普通恒温真空干燥箱即可实现浸渍以及合成过程，对仪器要求较小，为改性木材的批量生产提供了可能性。
附图说明：
24.图1为本发明实施例中一种安全环保的化学浸渍改性杉木的新方法所用的杉木图片。
25.图2为本发明实施例中一种安全环保的化学浸渍改性杉木的新方法制备的浸渍杉木图片。
具体实施方式：
26.以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
27.实施例1
28.一种安全环保的化学浸渍改性杉木的新方法，如图1所示，包含以下步骤：
29.(1)准确称取20g丙交酯于烧杯中，置于120℃恒温真空干燥箱中，待丙交酯由固体变为透明溶液后，加入0.01g辛酸亚锡溶液，搅拌均匀。将尺寸为25mm
×
25mm
×
3mm的杉木木块完全浸没在混合溶液中，先抽真空至-0.09mpa，并保持负压15min，使混合溶液充分进入木块后，释放负压至大气压，并保持5min。重复此过程1h进行浸渍处理；
30.(2)将浸渍好的木块取出，擦去表面液体，置于140℃恒温真空干燥箱中，抽真空至-0.09mpa，并保持负压3h，进行合成处理；
31.(3)取出合成好的杉木木块，常温常压固化，得到安全环保的聚乳酸化学浸渍改性杉木。
32.性能测试
33.上述实施例1以及未改性木材的各项性能检测结果如表1所示。从表中数据可以看出，聚乳酸改性后杉木木材的密度和增重率显著提高，由此表明聚乳酸已经成功浸渍到木材内部。
34.表1聚乳酸改性木材性能对比
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实施例2
[0037]
一种安全环保的化学浸渍改性杉木的新方法，包含以下步骤：
[0038]
(1)准确称取20g丙交酯于烧杯中，置于120℃恒温真空干燥箱中，待丙交酯由固体变为透明溶液后，加入0.01g辛酸亚锡溶液，搅拌均匀。将尺寸为25mm
×
25mm
×
3mm的杉木木块完全浸没在混合溶液中，先抽真空至-0.09mpa，并保持负压30min，使混合溶液充分进入木块后，释放负压至大气压，并保持5min。重复此过程1h进行浸渍处理；
[0039]
(2)将浸渍好的木块取出，擦去表面液体，置于140℃恒温真空干燥箱中，抽真空至-0.09mpa，并保持负压3h，进行合成处理；
[0040]
(3)取出合成好的杉木木块，常温常压固化，得到安全环保的聚乳酸化学浸渍改性杉木。
[0041]
性能测试
[0042]
上述实施例2以及未改性木材的各项性能检测结果如表2所示。
[0043]
表2聚乳酸改性木材性能对比
[0044][0045]
以上所述，是本发明最佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。