一种提高木(竹)材料性能的化学改性剂

一种提高木(竹)材料性能的化学改性剂

一、技术领域：

木材在国民经济中有着很重要的地位，人民生活离不开木材，但木材本身在使用中也存 在一些人人都知晓的缺点：干缩湿胀，变形开裂，遇火燃烧，容易腐朽。这项发明就是解决 这个领域的问题。

二、背景技术：

为解决这些缺点，木材防腐剂、木材阻燃剂、尺寸稳定剂确实解决了生产、生活中的不 少问题。但这些药剂也不完善。如：防腐剂有毒，甚至使木材颜改变，变得不美观；多数 药剂渗透力不强，不能浸透木材；有些处理还需要高温过程，使木材变脆。为解决木材的尺 寸稳定性，自上世纪三十年代以来，美国等发达国家在理论方面的研究十分充分，发现木材 只要经过充胀处理(即用化学药品代替细胞壁中的水分使木材处于膨胀状态)的木材就具有 很好的防腐性，并研究出许许多多的稳定木材尺寸的方法，如：用热固性树脂处理木材、用 聚乙二醇(PEG)处理，木材乙酰化等等，但这些方法都因为自身的某些缺点，使用面受到 限制。我国近年兴起的“碳化木”热，用高温处理木材，但木材变暗发脆，可能也难于推广。 本技术发明人在九十年代发明并获得保密专利(ZL92109429.9)的方法，产品用于北京人民 大会堂，确有很好的尺寸稳定性，但也因药品对木材的渗透性差，药品需要高温固化的缺点， 导致适用面窄，严重影响了技术的推广使用。目前，我国很多木制产品在世界上是产量大国 但不是制造强国，如：2009年全年全国木制地板产量就达3.6亿平米，数字十分惊人，而木 门窗、木制家具、木制胶合板等产品产量更加惊人，但与此同时，我国木材行业缺乏知名品 牌，如实木地板，一提就是德国，国家木材流通协会建议我们不要把这项技术卖给外国，要 通过我们这项技术打造民族名牌，并希望我们严格保密，将来高价收购药剂，以保护国内企 业。如果这项技术能普遍应用于木材行业，不仅能大幅增加木制产品质量，大幅增加木制产 品附加价值，大幅增加木制产品使用年限，而且还能为国家节约大量木材，同时，还能大量 减少温室气体排放，有力促进我国节能减排目标的实现。

三、发明内容：

“一种提高木(竹)材料性能的化学改性剂”，商品名“健木宝”木材改性剂，最大的特点 是药剂渗透力非常强，家用陶缸不漏水，但药剂可以从缸壁渗透出来，比重大于“1”的红木， 竹材也可使用这种药剂进行处理；其次是使用该药剂处理，工艺非常简便，木材经药剂的水 溶液浸渍处理后，不再需要高温处理，用太阳晒干即可使用，在工厂则可采用太阳能热泵干 燥技术对木材进行干燥，做到不用蒸汽、不用燃料，实现低碳经济运作方式。改性后的木材 不但纹理清晰，板面美观，同时具有良好的尺寸稳定性、阻燃、防腐的效果，使这种改性剂 成为名符其实的可靠尺寸稳定剂、优秀阻燃剂、无毒防腐剂三剂合一的药剂。由于“健木宝”木 材改性剂分子对木材有很好的充胀作用，处理后体积普遍增大，一般常用木材干缩率多从10％ 降至5％以下，还大大提高了木材利用率。(少数树种体积可以增大15％左右，当然有一些 胀缩值本身就小的木材，体积只能增加1-2％)

当然，我们也要清醒地看到，木材品种繁多，极其复杂，总还会遇到一些特例。如：有 的木材变形是由于树木生长过程中内部残存的生长应力所引起；有些木材如松木含有大量的 松节油，需要在高温高湿条件下对浸渍过药物的木材进行干燥，将油脂排除掉；而有些木材 本身就有很好的尺寸稳定性，浸泡于水中基本不吸水，如：“红豆杉”、“东非黑黄檀”比重大 于“1”，浸泡水中30天，吸水率只有1％，尺寸基本不变，无需处理。总之我们在处理中要根 据具体情况具体对待。

我们的发明是在原有发明基础上进行的，所以本发明是原发明的改进、升级。发明人通 过多年的研究实践，发现在原配方中加入某些物质后，不但仍能保持发挥充胀木材细胞壁稳 定尺寸的作用，而且还大大提高了药剂对木材的渗透力，使木材中药物渗透得更均匀，如原 有配方不能渗入杨木边心材交界处的木材，此处木材未能得到充胀，致使高温固化后木材表 面出现深深的凹槽，导致木材利用率下降，而加入这些物质后，凹槽不再出现。加入这些物 质后药物固化定型也不再需要高温，在常温干燥条件即可形成非常稳定的状态，不会从木材 渗出。而且由于这些物质的加入，还使木材阻燃可达到国家标准所要求的难燃等级B1级(未 加前只能达B2级)。这些物质的加入使得这项技术出现了质的飞跃，这在上面已经叙述。究 竟这些物质是什么、制配工艺及其原理，我们在接到专利局实质审查通知书后，将送交专利 局保密审查人员接受审查。

四、具体实施方式：

下面，分别叙述“健木宝”木材改性剂改性木材的工艺控制条件，以及改性后木材的性能 检测结果。

(一)改性剂改性木材的工艺控制条件。

生产工艺分为两步，首先，用药液浸渍木材，然后将吸收了药剂的木材进行干燥。

1、用药剂浸渍木材

先将改性剂溶于水中，配置成适当浓度的溶液，然后在常压或高压下浸渍木材。

①常压工艺

木材品种繁多，密度、材质各异，它们吸收溶液的数量是不同的，所要配置的改性剂溶 液的浓度取决于木材的吸收程度。木材改性剂的吸收量控制在10-20％即可满足要求。比重大 于1的木材吸收药剂量在5％左右即可。

②高压工艺

在高压浸渍罐中浸渍。首先抽去木材中的空气，然后将改性剂溶液泵入浸渍罐中，加压 使改性剂溶液挤入木材，压力、时间取决于木材的材质。木材改性剂的吸收量与常压工艺相 同。

2、干燥处理

木材用药液浸渍后，在太阳下晒干或用太阳能热泵干燥炉干燥即可使用。处理后的木材 即具有不易变形，不开裂、阻燃、防腐的功能。

(二)改性后木材性能检测。

由于新法是老法的改进、完善、提高，其原有性能只会提高(如阻燃性能)不会降低， 但适用面更广。性能检测可参见发明人发表在《林业科学》第33卷第6期(1997年11月) 的“利用化学改性剂提高木材尺寸稳定、耐腐和阻燃性能”一文。

1、木材力学性能检测结果表明木材改性后的各项物理力学性能基本保持不变。木材颜 基本不变，但纹理更加清晰美观。

2、尺寸稳定性检测

木材经改性处理后，由于药剂代替木材细胞壁中水分存在于细胞壁所引起的充胀现象， 木材比未处理对照件体积均有不同程度的增加。多数常用木材体积增加值在5-10％之间，少 数木材甚至高达15％，竹材一般可增加3-5％。处理后多数常用木材抗缩率在50-70％之间， 竹材抗缩率在70％以上。

3、防腐性能检测

①三个月室内木腐菌接种试验

对褐腐菌：

处理后木材重量损失率为1.8％

未处理木材重量损失率为16.5％

对白腐菌：

处理后木材重量损失率为0.4％

未处理后木材重量损失率为15.8％。

②野外埋桩试验

在湖北、北京等地对马尾松、杨木作过为期三年的野外埋桩对照试验。均证明处理后木 材腐朽程度明显小于未处理木材。

4、阻燃性能试验

经公安部天津消防所(国家固定灭火系统和耐火构件质量监督试验中心)多次试验，阻 燃性能达GB8624-B1级，属难燃材料。

5、产品毒性试验

产品经中国预防医学科学院环境卫生与卫生工程研究所检测，产品对小鼠经口LD大于 21.5g/Kg，参照急性毒性(LD50)分级标准属实际无毒级。