基于糠醇/超支化聚合物协同作用提高木材性能的

：本发明涉及木材加工，具体涉及到一种基于糠醇/超支化聚合物协同作用提高木材性能的方法。背景技术0、背景技术：1、木材是环境友好型的天然高分子材料，广泛应用于建筑、家具及装饰等国民经济发展的诸多领域。然而随着全球各国天然森林禁伐或限伐等政策的颁布，速生木材以其生长速度快、轮伐周期短等优势受到重视。然而速生木材材质较劣，密度较小，质地偏软，易开裂变形，应用范围与使用价值受到限制。因此，提升低质速生木材的物理力学性能，实现劣材优用，是木材行业绿色可持续发展的需求，也是缓解木材供需矛盾，保证国家木材资源安全的关键。2、糠醇改性以来源于丰富农业剩余物(如甘蔗渣、玉米芯、秸秆等)的糠醇为改性剂，改性木材的尺寸稳定性、疏水性、抗压强度及抗生物劣化性等性能大幅提升，且改性材低毒对环境影响较小，受到行业重视，在欧洲部分国家及美国等已实现工业化。3、但糠醇改性对木材的抗弯强度及弹性模量等无明显提升效果。此外，糠醇改性材的抗冲击韧性大幅下降，浓度为48％的糠醇改性betula pubescens ehrh.与fagussylvatica l.的韧性下降超过70％。韧性的下降会增加木材作为结构材料应用的危险系数，限制了糠醇改性木材的应用范围。4、以往研究者们采用纳米粒子、柔性高分子聚乙烯醇等协同糠醇对木材进行了浸渍改性处理，但纳米粒子较易团聚，难以良好分散，易在细胞腔聚集，导致增重率较高，改性剂用量较大；而聚乙烯醇因自身分子结构与尺寸的限制很难大量进入细胞壁(木材细胞壁具有多尺度孔隙，其直径通常小于100nm，微纤丝间隙更是小于5nm)，甚至可能影响糠醇进入细胞壁发挥作用，从而影响木材性能的改善效果。5、超支化聚合物，是一类通过小分子单体聚合逐渐增长成为高度支化且具有三维球状结构的大分子聚合物，合成过程相对简单，易于大规模生产，具有良好的工业化基础，超支化聚合物的粒径小于同等分子量的线性聚合物，且外表面通常含有可以参与分子改性的官能团，有利于调节超支化聚合物与其他化学组分之间的相互作用，适时改变与其他化学物质之间的相容性，内部则具有独特的微孔结构，有利于调节应力分布。此外，超支化聚合物的分子量容易调控，分子链缠结较少、不易结晶、溶解性好、粘度较低且不随分子量的增加而改变，且可作为增韧改性剂提升热固性树脂等高分子的韧性，但鲜有研究将其用于木材改性与木材性能的提升。技术实现思路0、技术实现要素：1、本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于糠醇/超支化聚合物协同作用提高木材性能的方法，该方法可以同步提升木材抗冲击韧性、硬度、抗弯强度、尺寸稳定性、阻湿性能，解决糠醇改性材韧性下降的问题，并且通过浸渍工艺的调控将绝大部分改性剂定向引入细胞壁区域，避免改性剂用量较大、改性剂过度集中在细胞腔区域等问题。2、本发明的技术解决方案是，提供一种基于糠醇/超支化聚合物协同作用提高木材性能的方法,包括以下步骤，3、步骤1，改性体系的构建，将甘油、二异丙醇胺与羧酸进行混合，控制羟基与羧基的摩尔比为1:1-1:1.2，在150℃下充分反应4h，获得均一黄色黏稠状液体，即超支化聚酯酰胺预聚物。配置糠醇改性溶液，按质量百分比计，包括糠醇(25％)、马来酸酐(1-2％)为催化剂、四硼酸钠(2-4％)为缓冲剂，调节体系的ph为4左右。然后将超支化预聚物(2-10％)与糠醇改性溶液进行混合，以乙醇为溶剂，利用磁力搅拌直至获得均一淡黄色澄清溶液，获得糠醇/超支化聚合物改性体系；4、步骤2，木材的加工与表征：选用速生木材的边材，将木材加工成尺寸分别为4mm(轴向)×20mm(弦向)×20mm(径向)、80mm(轴向)×10mm(弦向)×4mm(径向)、120mm(轴向)×10mm(弦向)×4mm(径向)的试材；5、步骤3，木材间歇性真空浸渍-后真空改性：将糠醇/超支化聚合物改性体系通过间歇性真空浸渍(每次间歇时间为1h，浸渍时间为2h)处理木材，通过后真空处理以去除大部分细胞腔中的改性剂，取出试材擦净表面多余试剂。为避免高温固化过程中单体的挥发损失，促进改性剂扩散进入细胞壁，用铝箔将试材包裹，在室温常压下保持48h以促进改性剂均匀分布。然后，将试材置于真空干燥箱，设置木材梯度干燥程序(60(±2)℃,2h,-0.1mpa；80(±2)℃,2h,-0.1mpa；去除锡箔，温度调至103(±2)℃,24h)，实现聚合物在木材细胞壁内的原位固化以及试材的绝干，从而获得糠醇/超支化聚合物协同改性木材。从而获得糠醇/超支化聚合物协同改性木材，改性木材物理力学性能包括抗冲击韧性、硬度、抗弯强度、尺寸稳定性、阻湿性能均有所改善。6、本发明的速生木材包括阔叶材，如青杨、毛白杨、桉木等，也包括针叶材，如杉木、落叶松、马尾松等。7、采用以上方案后与现有技术相比，本发明具有以下优点：8、本发明可以同步提升木材抗冲击韧性、硬度、抗弯强度、尺寸稳定性、阻湿性能，解决糠醇改性材韧性下降的问题，并且通过浸渍工艺的调控将绝大部分改性剂定向引入细胞壁区域，避免改性剂用量较大、改性剂过度集中在细胞腔区域等问题；对于实现糠醇改性速生木材的高值化应用以及行业的可持续发展具有重要意义。技术特征：1.一种基于糠醇/超支化聚合物协同作用提高木材性能的方法,其特征在于：2.根据权利要求1所述的基于糠醇/超支化聚合物协同作用提高木材性能的方法，其特征在于：步骤1中，将甘油、二异丙醇胺与羧酸进行混合，控制羟基与羧基的摩尔比为1:1-1:1.2，在150℃下充分反应4h，获得超支化聚酯酰胺预聚物；配置糠醇改性溶液，包括25％糠醇、1-2％马来酸酐、2-4％四硼酸钠，调节体系的ph为4。3.根据权利要求1所述的基于糠醇/超支化聚合物协同作用提高木材性能的方法，其特征在于：步骤2中，选用速生木材的边材，按轴向×弦向×径向计，将木材加工成尺寸分别为4mm×20mm×20mm、80mm×10mm×4mm、120mm×10mm×4mm的试材。4.根据权利要求1所述的基于糠醇/超支化聚合物协同作用提高木材性能的方法，其特征在于：步骤3中，将糠醇/超支化聚合物改性体系通过间歇性真空浸渍处理木材，每次间歇时间为1h，浸渍时间为2h。5.根据权利要求1所述的基于糠醇/超支化聚合物协同作用提高木材性能的方法，其特征在于：步骤3中，用铝箔将试材包裹，在室温常压下保持48h以促进改性剂均匀分布；然后，将试材置于真空干燥箱。6.根据权利要求5所述的基于糠醇/超支化聚合物协同作用提高木材性能的方法，其特征在于：设置木材梯度干燥程序如下，58-62℃,2h,-0.1mpa；78-82℃,2h,-0.1mpa。技术总结本发明公开了一种基于糠醇/超支化聚合物协同作用提高木材性能的方法,包括以下步骤，步骤1，改性体系的构建，将甘油、二异丙醇胺与羧酸进行混合，控制羟基与羧基的摩尔比为1:1‑1:1.2，在150℃下充分反应4h，获得均一黄色黏稠状液体，即超支化聚酯酰胺预聚物。配置糠醇改性溶液，按质量百分比计，包括糠醇、马来酸酐为催化剂、四硼酸钠为缓冲剂，调节体系的pH为4左右。本发明可以同步提升木材抗冲击韧性、硬度、抗弯强度、尺寸稳定性、阻湿性能，解决糠醇改性材韧性下降的问题，并且通过浸渍工艺的调控将绝大部分改性剂定向引入细胞壁区域，避免改性剂用量较大、改性剂过度集中在细胞腔区域等问题。技术研发人员：陆鸣亮,杨甜甜,刘元强,罗丹,何文学,王灵程,詹先旭,梅长彤受保护的技术使用者：德华兔宝宝装饰新材股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/20