一种木材性能改良浸渍液及其制备方法
阅读说明：本技术 一种木材性能改良浸渍液及其制备方法 (Impregnating solution for improving wood performance and preparation method thereof ) 是由 黄朝武 郝志忠 于 2020-12-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种木材性能改良浸渍液,所述浸渍液组分包括：水解羽毛蛋白液、尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂和水；所述水解羽毛蛋白液与尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂的质量比为20-70：30-80。上述技术方案提供了一种木材性能改良浸渍液,成分包括水解羽毛蛋白液与尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂；无甲醛添加、非常环保,成本大幅降低,水解羽毛蛋白液为蛋白质类胶粘剂,蛋白质胶粘剂在增强木材各种力学性能的同时、不降低木材韧性,且能和木材更好的结合。尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂,环保无甲醛,耐水性好,能与木材细胞壁羟基反应,大幅度提高木材尺寸稳定性。本发明生产过程易控,生产原料易得,生产成本低,工艺简单,适合规模化生产。(The invention provides a wood performance improvement impregnation liquid, which comprises the following components: hydrolyzed feather protein liquid, urea modified glyoxal melamine resin and water; the mass ratio of the hydrolyzed feather protein liquid to the urea modified glyoxal melamine resin is 20-70: 30-80. The technical scheme provides a wood performance improvement impregnation liquid, which comprises the components of hydrolyzed feather protein liquid and urea modified glyoxal melamine resin; the hydrolyzed feather protein liquid is a protein adhesive, and the protein adhesive can be better combined with the wood without reducing the toughness of the wood while enhancing various mechanical properties of the wood. The urea modified glyoxal melamine resin is environment-friendly, free of formaldehyde and good in water resistance, can react with wood cell wall hydroxyl, and greatly improves the size stability of wood. The invention has the advantages of easily controlled production process, easily obtained production raw materials, low production cost and simple process, and is suitable for large-scale production.)
技术领域
本发明涉及木材加工领域，特别涉及一种木材性能改良浸渍液及其制备方法。
背景技术
软质速生木材如杨木、杉木、辐射松、竹柳、部分软质桉木、软杂木等木材，用实木家具、实木门等制品上材质偏软，且易变形开裂，这部分材料气干密度低，需要以提升密度为主要改良目的。
部分阔叶木如水曲柳、胡桃木、橡胶木、红橡等材料用在北方，尤其冬天暖气环境容易开裂，这部分材料本身气干密度为中等以上，要以提升尺寸稳定性为主要改良目的。
目前木材化学浸渍配方有很多种，水溶性氨基树脂、酚醛树脂、二羟甲基二羟基乙烯脲树脂，这类含游离醛、游离酚存在潜在风险且木材韧性降低，溶胶类价格贵且不易工业化生产，并促使乙酰化成本太高且生产过程跟接近化工生产，监管需非常严格，糠醇树脂颜色深且生产过程气味太重，以上种种存在不足，需要一种环保、容易工业化大生产的木材性能改良剂。
发明内容
为此，本发明提供了一种木材性能改良浸渍液，成分包括水解羽毛蛋白液与尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂；大幅度提高木材尺寸稳定性。本发明生产过程易控制，生产原料易得，生产成本低，生产工艺简单，适合规模化工业生产。
为了达到本发明的目的，本发明第一方面提供了一种木材性能改良浸渍液，所述浸渍液组分包括：水解羽毛蛋白液、尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂和水；所述水解羽毛蛋白液与尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂的质量比为20-70：30-80；
所述水解羽毛蛋白液的制备方法为：将30-50质量份羽毛粉、40-60质量份的水、1-5质量份的还原剂、2-8质量份的碱性催化剂混合后，加热至90-140℃至涂4杯测量黏度为13-15S，加入1-3质量份的酸性催化剂，调节pH值为8-9后，降温至40℃，得到水解羽毛蛋白液；
所述尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂的制备方法为：将乙二醛加入反应釜，调节pH至7-9后，升温到60-80℃，然后加入三聚氰胺，60-80℃反应0.5-1小时，反应过程保持ph7-9；最后加入尿素，降温到40℃得到尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂；所述乙二醛、三聚氰胺、尿素的摩尔比为4-6:1-2:1-2。
进一步的，将40-45质量份羽毛粉、50-55质量份的水、2-3质量份的还原剂、3-4质量份的碱性催化剂混合后，加热至120-130℃至黏度为13-15S，加入酸性催化剂，调节pH值为8-9后，降温至40℃，得到水解羽毛蛋白液。
水解羽毛蛋白液为蛋白质类胶粘剂，蛋白质胶粘剂在增强木材各种力学性能的同时、不降低木材韧性，且能和木材更好的结合。而尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂，环保无甲醛，耐水性好，能与木材细胞壁羟基反应，大幅度提高木材尺寸稳定性。水解羽毛蛋白液与尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂在碱性条件下只进行亲核加成反应，不缩聚，这样的树脂分子量低，水溶性好易于浸渍。而尿素用来降低成本、调节分子量、也可以与残余乙二醛进行加成反应、增加尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂的存储稳定性。
尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂环保无甲醛释放、固化后耐水性好、存储稳定性好、分子量低，适合做木材浸渍剂。水解羽毛蛋白液与尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂的比例，按照浸渍不同种木材、达到不同的效果而进行调整，可以提升木材的密度和尺寸的稳定性。
在石化树脂发明以前，如脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂，蛋白质是天然的优质胶粘剂，包括有骨蛋白、血蛋白、大豆蛋白、血蛋白、羽毛蛋白，而其中羽毛粉更容易水解成低分子多肽，更适合做木材浸渍，而且成本极低。
羽毛角蛋白水解需要强碱，碱性催化剂用于打开大分子蛋白质，水解成水溶性低分子多肽。而还原剂用于打开羽毛角蛋白中的二硫键。
进一步的，所述碱性催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水或其混合物，所述还原剂包括亚硫酸钠、亚硫酸氢钠或其混合物，所述酸性催化剂包括氯化铵、甲酸、草酸或其混合物。
进一步的，所述碱性催化剂为氢氧化钠，所述还原剂为亚硫酸钠，所述酸性催化剂为甲酸。
进一步的，所述羽毛粉为白羽鸡羽毛粉；采用白羽鸡羽毛粉成本低，颜色浅。
进一步的，所述乙二醛、三聚氰胺、尿素的摩尔比为4-15:1-5:1-3。
进一步的，所述水解羽毛蛋白液与尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂的质量比为50-70：30-50。
水解羽毛蛋白液与尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂的比例，按照浸渍不同种木材、达到不同的效果而进行调整。
如浸渍背景技术中所述的软质速生木材，以提升木材密度为主要目的，羽毛蛋白液50-70质量份，尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂30-50质量份，因为浸渍量大，为了降低成本，要以羽毛蛋白水解液为主剂，而尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂为辅。
如浸渍背景技术所述的硬度中等密度偏上的阔叶木材，以提升木材尺寸稳定性为主要目的，水解羽毛蛋白液20-50质量份，尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂重50-80质量份，可更好的提高木材尺寸稳定性，尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂为主剂、羽毛蛋白水解液为辅。
进一步的，所述水解羽毛蛋白液与尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂的质量比为20-50：50-80。
进一步的，所述木材性能改良浸渍液的固含量为45-50％；黏度为5-9mpa.s，有效期大于30天。
本发明第二方面提供了一种木材性能改良浸渍液的制备方法，包括以下步骤：
水解羽毛蛋白液制备：将30-50质量份羽毛粉、40-60质量份的水、1-5质量份的还原剂、2-8质量份的碱性催化剂混合后，加热至90-140℃至涂4杯测量黏度为13-15S，加入1-3质量份的酸性催化剂，调节pH值为8-9后，降温至40℃，得到水解羽毛蛋白液；
尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂制备为：将乙二醛加入反应釜，调节pH至7-9后，升温到60-80℃，然后加入三聚氰胺，60-80℃反应0.5-1小时，反应过程保持ph7-9；最后加入尿素，降温到40℃得到尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂；所述乙二醛、三聚氰胺、尿素的摩尔比为4-6:1-2:1-2；
混合：将水解羽毛蛋白液、尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂加入水，混合均匀得到固含量45-50％的木材性能改良浸渍液；其中水的加入量为水解羽毛蛋白液、尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂两者总质量的8倍以上。
区别于现有技术，上述技术方案提供了一种木材性能改良浸渍液，成分包括水解羽毛蛋白液与尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂；无甲醛添加、非常环保，由于羽毛粉价格非常便宜，成本大幅降低，水解羽毛蛋白液为蛋白质类胶粘剂，蛋白质胶粘剂在增强木材各种力学性能的同时、不降低木材韧性，且能和木材更好的结合。而尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂，环保无甲醛，耐水性好，能与木材细胞壁羟基反应，大幅度提高木材尺寸稳定性。本发明生产过程易控制，生产原料易得，生产成本低，生产工艺简单，适合规模化工业生产。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例详予说明。
实施例1：一种木材性能改良浸渍液(增加木材气干密度)
软质速生木材如杨木、杉木、辐射松、竹柳、部分软质桉木、软杂木等木材，用实木家具、实木门等制品上材质偏软，且易变形开裂，这部分材料气干密度低，需要以提升密度为主要改良目的。
木材性能改良浸渍液由以下成分组成：水解羽毛蛋白液70份、尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂30份、水80份,搅拌混合均匀。
其中水解羽毛蛋白液制备方案是：羽毛粉40质量份、还原剂亚硫酸钠2质量份、碱性催化剂氢氧化钠4质量份、水54质量份，开启反应釜，把水加入反应釜，加入全部羽毛粉，加入还原剂与碱性催化剂，加热到120℃，搅拌6小时，涂4杯测量粘度为13s,加入酸催化剂调pH8，降温到40℃出料备用。
其中尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂制备方案是：乙二醛与三聚氰胺，尿素摩尔比控制在3：1：0.5，把全部乙二醛加入反应釜，碱性催化剂碳酸钠调节pH7.5，升温到70℃，然后加入全部三聚氰胺，反应时间为1小时，反应过程保持ph7.5，加入全部尿素，然后降温到40℃出料备用。
准备含水率为12％辐射松素材，采用真空压力罐把上述木材性能改良浸渍液，浸渍到辐射松木材内部，然后采用60-80℃干燥温度，把改良后辐射松木材含水率干燥到12％，并对改良后辐射松木进行性能测试，性能测试结果如表1所示：
表1实施例1改良前后辐射松木性能检测数据表
从表1可以看出，辐射松通过本发明的木材性能改良浸渍液处理后，木材增重190KG每立方米，气干密度提升45％，物理力学性能大幅度提升，木材干缩率大幅度下降，抗缩率提升54％，木材尺寸稳定性增加，为做实木家具优质材料。
实施例2：一种木材性能改良浸渍液(增加木材尺寸稳定性)
部分阔叶木如水曲柳、胡桃木、橡胶木、红橡等材料用在北方，尤其冬天暖气环境容易开裂。这部分材料本身气干密度为中等以上，要以提升尺寸稳定性为主要改良目的。
木材性能改良浸渍液由以下成分构成：水解羽毛蛋白液30份、尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂70份、水120份,搅拌混合均匀。
其中水解羽毛蛋白液制备方案是：羽毛粉42份、还原剂亚硫酸钠3份、碱性催化剂氢氧化钠3份、水54份，开启反应釜，把水加入反应釜，加入全部羽毛粉，加入还原剂与碱性催化剂，加热到130℃，搅拌8小时，涂4杯测量粘度为13s,加入酸催化剂调pH7.5，降温到40℃出料备用。
尿素改性乙二醛三聚氰胺树脂制备方案是：乙二醛与三聚氰胺，尿素摩尔比控制在3.5：1.0：0.7，把全部乙二醛加入反应釜，碱性催化剂碳酸钠调节pH7.5，升温到65℃，然后加入全部三聚氰胺，反应时间为1小时，反应过程保持ph7.5，加入全部尿素，然后降温到40℃出料备用。
准备含水率为12％水曲柳，采用真空压力罐把所述的木材性能改良浸渍液，浸渍到水曲柳木材内部，然后采用50-80℃干燥温度，把改良后水曲柳木材含水率干燥到12％，性能测试结果如表2所示：
表2实施例2改良前后水曲柳性能检测数据表
从表2可以看出，水曲柳通过本发明的木材性能改良浸渍液处理后，木材增重80KG每立方米，气干密度提升12％，木材干缩率大幅度下降，体积干缩率从15.7％下降到5.9％，抗缩率提升54％，木材尺寸稳定性大幅度提高，在北方冬天暖气环境，变形也是非常小，大幅度降低开裂性能，是做高档家具优质材料。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。
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