專利名稱：無污染松木木材改性方法及其組合物的制作方法
技術領域：
本發明涉及木材的改性，尤其是松木木材的無污染改性方法，本發明還涉及松木改性用組合物。
為了擴大對松木木材資源的利用，北美從50年代開始研究松木的加工處理辦法，日本從60年代開始研究落葉松的工業利用，我國從80年代以后開始研究馬尾松木材綜合改性技術，脫脂處理是松木改性的重點。從南京林業大學苗平等人在《林業科技開發》1999第4期上發表的“松木脫脂技術進展”，以及潘彪等人在《中國木材》2000年第2期上發表的“木材脫脂處理”文中可知，目前幾種實用的松木脫脂方法有堿液浸煮法、高壓汽蒸干燥法和高壓汽蒸減壓干燥法等。后兩種方法要用到高壓或高壓-真空設備，如申請號8820120，公開號CN8820120U的實用新型專利申請說明書所披露的“木材脫脂釜”，該設備投資較大，且一般認為其脫脂效果不很理想，適用于大型木材加工廠對樹脂含量較低，或脫脂要求不高的松木進行脫脂處理。堿液浸煮法是使用較多的一種辦法，具有設備投資小，脫脂效果較好等特點，但處理后的木材顏色較深，光澤度低。近年來該法經過改良也有所進展，如申請號99115393.6，公開號CN1275473A發明專利申請公開說明書披露了一種松木脫脂劑，由表面活性劑、滲透劑、保護劑以及堿性物質過硼酸鈉、硅酸鈉、碳酸鈉等組成；申請號88105016.4，公開號CN1034885A的發明專利申請公開說明書披露了高壓-堿液法工藝；申請號98107213.5公開號CN1204569A的發明專利申請公開說明書披露了真空-高壓-堿液法工藝及設備。堿性脫脂最大的弊病是脫脂廢液中含有大量的松香皂、多糖物質及其它木材堿溶物，直接排放或僅經簡單的中和處理便排放，會給環境帶來嚴重的危害，造成類似于造紙廢水般的污染。如果單為脫脂投入污水處理設備，則相對于木材脫脂所創造的經濟價值而言，投資規模實在過于龐大，得不償失。
松木脫脂后，松木的溢脂及變形性問題得到了解決，但木材強度下降較大，有時下降大于20％，特別是堿煮法脫脂的松木，脆性增大更加明顯，因而限制了松木木材的推廣和使用。
日本特許昭59-19801、平1-136704及US4276329等專利文件公開了用酚醛樹脂、硅烷偶聯劑、丙烯酸樹脂，在高壓下浸注處理木材來改善質軟、強度低的木材的形變性及強度。申請號87106340.9，公開號CN1031958A的發明專利申請公開說明書披露了將松木用乙醇回流3～4小時進行表面脫脂，減壓浸泡苯乙烯單體或苯乙烯-丙烯腈混合單體12小時，再加壓到1.5～2.5atm、加熱到90～120℃3～4小時進行表面塑化，其工藝過程和設備繁雜，而且加工成本過高。對脫脂(或脫油)后的松木進行返脂和返脂-阻燃二合一(即所注入的樹脂具有阻燃性)處理方法，仍未見文獻報道。
木材的改性處理產生廢液，木制品的加工生產過程中也產生大量的制材剩余物(板邊、木皮、刨花和鋸末等)，稍有處理不當，也會造成嚴重的環境污染。這是松木木材改性處理及其加工過程必須正視的問題。
本發明的另一目的是提供一種上述脫油固脂工藝所用的組合物。
本發明是這樣實現的脫油固脂工序所采用的組合物組成為(wt％)水溶性含氮有機化合物0.05～2％、鎂鹽0.2～1％、硼酸0.2～1％、乳化劑0.05～0.5％、滲透劑0.05～0.1％、磷酸適量，調pH＝7.5～8.0、水余量。脫油固脂處理溫度為80～105℃，壓力為常壓，處理時間為3～10小時。脫油固脂的松木干燥后，置于真空罐中，抽真空0.5～1小時，真空度為-0.09～-0.095MPa，吸入水溶性高分子阻燃樹脂后解除真空浸泡1～5小時。
其中，水溶性含氮有機化合物可選用C4～12脂肪胺、1，6-己二胺、三乙烯四胺、六次甲基四胺、苯駢三氮唑等化合物的一種或者多種，鎂鹽可選用硫酸鎂、硝酸鎂或氯化鎂，乳化劑選十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉中的其一，滲透劑為低泡OK油。
返脂工藝所采用的水溶性高分子阻燃樹脂，粘度為120～280mPa·S，由阻燃單體、助滲劑與其它原料合成而得。阻燃單體可采用磷酸胍、硝酸胍或蜜胺等多氮有機化合物，助滲劑選用分子量800～3000的聚乙二醇(PEG)。具體配比如下(質量分)甲醛(含量≥35％)750～850、尿素110、阻燃單體320～450、濃氨水適量、濃磷酸適量、PEG5～12、水加入至(氨水量+磷酸量+水量)820。
脫油固脂組合物經4～6個循環使用后，顏色變為深棕色，要更換新的溶液方能保證使用效果。可用粉碎后的木皮、板邊、刨花、和鋸末等制材剩余物，吸收中和后的脫固廢液，如用工業磷酸將脫油固脂廢液調整pH至5.5～6.5，然后噴淋到已粉碎成粒徑≤1mm的制材剩余物粉末上，攪拌混合均勻，堆放備用。該混合物含有大量的胺鹽或其它水溶性含氮成分，用磷酸中和后成為易被植物吸收之速效氮和有效磷肥料，其中所含的鎂、硼也是植物生長必需之微量元素，可用直接用作植物無土栽培基質，種植無公害蔬菜、室內觀賞花卉等，或用于生產優質農用有機-無機復合肥的原料。
松木木材改性后，不僅解決了溢脂變形問題，提高了強度和耐久性，還具有一定的防潮、防霉和防蛀能力，其密度、強度及變形性均可與優質木材相媲美。本發明在不造成環境污染的前提下，大大地提高了松木的品質及經濟價值，為社會增加了一種來源廣泛的優質木材資源，起到抑制亂砍濫伐資源林、生態林現象和保護生態環境之積極作用。
實施例1松木木材脫油固脂工序實施例。
組合物(wt％)正丁胺0.8％、硫酸鎂0.5％、硼酸1％、十二烷基苯磺酸鈉0.1％、OK油0.1％、磷酸0.3％、水97.2％。處理溫度95℃。處理時間4小時。
實施例2 松木木材脫油固脂工序實施例。
組合物(wt％)月桂胺0.5％、硫酸鎂0.8％、硼酸1％、十二烷基硫酸鈉0.2％、OK油0.08％、磷酸0.15％、水97.3％。處理溫度80℃。處理時間10小時。
實施例3 松木木材脫油固脂工序實施例。
組合物(wt％)1，6己二胺1％、氯化鎂0.7％、硼酸0.5％、十二烷基苯磺酸鈉0.5％、OK油0.05％、磷酸0.7％、水96.6％。處理溫度105℃。處理時間6小時。
實施例4 松木木材脫油固脂工序實施例。
組合物(wt％)六次甲基四胺2％、硝酸鎂1％、硼酸0.8％、十二烷基硫酸鈉0.2％、OK油0.1％、磷酸0.1％、水95.8％。處理溫度85℃。處理時間8小時。
實施例5 松木木材脫油固脂工序實施例。
組合物(wt％)苯駢三氮唑0.2％、硫酸鎂0.5％、硼酸0.2％、十二烷基苯磺酸鈉0.5％、OK油0.07％、磷酸0.1％、水98.4％。處理溫度100℃。處理時間9小時。
實施例6 松木木材脫油固脂工序實施例。
組合物(wt％)三乙烯四胺0.1％、氯化鎂0.3％、硼酸0.4％、十二烷基硫酸鈉0.08％、OK油0.1％、磷酸0.2％、水98.8％。處理溫度85℃。處理時間5小時。
實施例7 松木木材脫油固脂工序實施例。組合物(wt％)正丁胺0.4％、六次甲基四胺0.8％、氯化鎂0.2％、硼酸0.6％、十二烷基硫酸鈉0.1％、OK油0.05％、磷酸0.5％、水97.75％。處理溫度100℃。處理時間8小時。
實施例8 脫油固脂后松木返脂工序實施例。
阻燃樹脂配方(質量分)甲醛(含量≥ 35％)750、尿素110、硝酸胍320、濃氨水適量、濃磷酸適量、PEG-80010、水加入至(氨水量+磷酸量+水量)＝820。抽真空1小時，真空度為-0.095MPa，吸入水溶性高分子阻燃樹脂后解除真空浸泡2小時。
實施例9 脫油固脂后松木返脂工序實施例。
阻燃樹脂配方(質量分)甲醛(含量≥ 35％)820、尿素110、磷酸胍430、濃氨水適量、濃磷酸適量、PEG-20008、水加入至(氨水量+磷酸量+水量)＝820。抽真空0.5小時，真空度為-0.09MPa，吸入水溶性高分子阻燃樹脂后解除真空浸泡5小時。
實施例10 脫油固脂后松木返脂工序實施例。
阻燃樹脂配方(質量分)甲醛(含量≥ 35％)800、尿素110、硝酸胍380、濃氨水適量、濃磷酸適量、PEG-200010、水加入至 (氨水量+磷酸量+水量)＝820。抽真空0.5小時，真空度為-0.09MPa，吸入水溶性高分子阻燃樹脂后解除真空浸泡4小時。
實施例11 脫油固脂后松木返脂工序實施例。
阻燃樹脂配方(質量分)甲醛(含量≥35％)850、尿素110、蜜胺320、濃氨水適量、濃磷酸適量、PEG-100012、水加入至(氨水量+磷酸量+水量)＝820。抽真空1小時，真空度為-0.09MPa，吸入水溶性高分子阻燃樹脂后解除真空浸泡1小時。
實施例12 脫油固脂后松木返脂工序實施例。
阻燃樹脂配方(質量分)甲醛(含量≥35％)800、尿素110、磷酸胍400、濃氨水適量、濃磷酸適量、PEG-30005、水加入至(氨水量+磷酸量+水量)＝820。抽真空1小時，真空度為-0.095MPa，吸入水溶性高分子阻燃樹脂后解除真空浸泡3小時。
實施例13 脫油固脂廢液綜合利用實施例。
脫油固脂廢液5kg，用0.3kg磷酸調節ph值，溶入2kg磷酸二氫鉀和1.5kg尿素，噴入20kg的木糠中，混均后堆放。可用于花卉無土栽培的基質。
權利要求
1.一種無污染松木木材改性方法，包括脫油固脂、干燥、阻燃返脂等工序，其特征在于所述的脫油固脂工序溫度為80～105℃，常壓下采用中性組合物處理3～10小時；所述的阻燃返脂工序真空度為-0.09～-0.095MPa，抽真空0.5～1小時，吸入水溶性高分子阻燃樹脂后解除真空浸泡1～5小時。
2.如權利要求1的方法，其中所述的水溶性高分子阻燃樹脂，粘度為120～280mPa·S，由阻燃單體、助滲劑與其它原料合成而得。
3.如權利要求1或2的方法，其中所述的水溶性高分子阻燃樹脂配比為甲醛(含量≥35％)750～850、尿素110、阻燃單體320～450、助滲劑5～12、其余量為820。
4.如權利要求3的方法，其中所述的阻燃單體為磷酸胍、硝酸胍或蜜胺；所述的助滲劑為分子量800～3000的聚乙二醇；所述的其余量為氨水、磷酸及水的量。
5.一種如權利要求1所述的中性組合物，其特征在于含有水溶性含氮有機化合物、鎂鹽、硼酸、乳化劑、滲透劑，pH為7.5～8.0。
6.根據權利要求5的組合物，其特征在于所述的氮基有機化合物為C4～12脂肪胺、1，6-己二胺、三乙烯四胺、六次甲基四胺或苯駢三氮唑的一種或者多種；所述的鎂鹽為硫酸鎂、硝酸鎂或氯化鎂；所述的乳化劑可選十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉；所述的滲透劑為低泡OK油。
7.根據權利要求5或6的組合物，其特征在于其特征在于含有0.05～2％的氮基有機化合物、0.2～1％的鎂鹽、0.2～1％硼酸、0.05～0.5％乳化劑、0.05～0.1％滲透劑，用磷酸調pH至7.5～8.0，余量為水。
全文摘要
本發明涉及松木木材的改性方法及其組合物。改性主要為脫油固脂和阻燃返脂工序，將松木中可流動的松節油脫除、松香固定后，重新注入一種可固化的水溶性樹脂，脫油固脂處理溫度為80～105℃，常壓下處理3～10小時，然后抽真空0.5～1小時，在－0.09～－0.095MPa的真空下吸入水溶性高分子阻燃樹脂，解除真空后浸泡1～5小時。脫油固脂組合物含有水溶性含氮有機化合物、鎂鹽、硼酸、乳化劑、滲透劑等，pH為7.5～8.0。處理后的松木解決了溢脂變形問題，又提高了強度和耐久性，并具有阻燃性。
文檔編號B27K5/00GK1398704SQ02121549
公開日2003年2月26日 申請日期2002年6月25日 優先權日2002年6月25日
發明者陳萬利, 吳子良 申請人:廣西三奇工貿有限責任公司