一种松木脱脂剂及其制备方法与应用

1.本发明涉及木材加工技术领域，具体涉及一种松木脱脂剂及其制备方法与应用。


背景技术：

2.松木生长周期短且资源分布丰富,可以较好的满足可持续发展的思想，所以松木木材的加工利用具有很大的发展潜力。因自身材性限制，松木以前仅用于坑木和枕木等，但经过干燥、防腐等人工处理后，松木的利用范围得到了很大的扩展。例如作为桥梁和船坞等结构的原料、蓄电池的隔电板，在房屋建筑上可做屋架、地板和墙壁板，还可广泛用于包装、运动器械等领域。目前对于松木的利用研究较多,尤其是在木结构建筑和户外防腐木等领域。但户外用材主要采用的樟子松、欧洲赤松和南方松因树脂道发达、树脂含量高，在温度较高的条件下，松脂的粘度逐渐降低、流动性增大，在长期使用过程中会出现溢脂现象，严重影响了松木木材的使用效果。因此，对松木进行高效的脱脂处理并将其与其他改性处理结合起来，对于提高松木制品的使用性能、扩展松木的使用领域具有重要意义。
3.碱液皂化法是常用的松木脱脂方法，松脂主要成分树脂酸中的羧基，会在高温条件下与碱液反应，生成松香酸盐并伴随流体的流动排出木材，从而达到脱脂的目的。常用的碱包括na2co3、nahco3、naoh等，同时可以通过高温高压蒸煮来提高碱液的渗透性。
4.申请号201510530774.x提供了一种松木木材脱油固脂的方法，使用饱和氢氧化钙水溶液，以醋酸或醋酸钙作为催化剂，混合后取清液加入渗透剂和净洗剂并搅拌均匀，将其真空加压浸渍入木材后进行真空-微波干燥，处理后的松木松节油脱除超过90％，松香脱除小于13％，物理力学性能降低小于10％,满足松木制品加工的要求。申请号201911271666.x提供了一种脱脂率较高的松木脱脂方法，先将松木于35～45℃的保色剂中浸泡5～8小时，然后将于60～80℃的脱脂剂中蒸煮16～20小时，最后35～45℃下干燥即可。其中保色剂的组成为：硫脲、尿素、氯化钠、氢氧化钾、十二烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚，脱脂剂的组成为：碳酸钠、氢氧化钠、十二烷基磺酸钠。
5.碱液皂化法脱脂效果较好，且高温高压的碱液浸渍可以使半纤维素分解，木材内部的羟基减少，改善变形和干缩湿胀现象。不过该法对板材的强度和颜色有不利影响，对设备的耐腐蚀性、密封性也有很高要求。因此，需要开发一种方法在高效脱脂的同时，能保持或者提高木材的物理力学性能，并基本保持原有材色，以利于其后续的加工及使用。


技术实现要素：

6.(一)技术方案
7.本发明首先提供了一种松木脱脂剂，包括硅酸钠、有机化合物、表面活性剂、水，其中，所述硅酸钠、有机化合物、表面活性剂和水的质量比为30～60:8～20:0.5～2:500～1500，优选所述硅酸钠的模数为2.5～3.3。所述有机化合物为乙酸钠、柠檬酸钠、葡萄糖酸钠、乙醇胺、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一种或几种；所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚、十二烷基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、椰油酰胺丙基甜菜碱、月桂
酰胺丙基甜菜碱、十二烷基基磺基甜菜碱中的一种或几种。
8.所述脱脂剂主要通过皂化和乳化作用脱除松木中的油脂，使用上述脱脂剂，在可脱除超过80％松脂的基础上，处理材的物理力学性能没有受到不利影响或有小幅度的提升，原有材色得到较好保持，吸水性也有明显的降低。
9.本发明进一步提供了一种松木脱脂剂的制备方法，包括以下步骤：将有机化合物溶于水并在常温下搅拌，加入液体硅酸钠，搅拌均匀，最后加入表面活性剂，搅拌均匀。其中，所述搅拌具体为：使用搅拌器在500～800rpm的速度下搅拌，搅拌时间为10～30min。
10.本发明进一步提供了一种松木处理方法，使用上述松木脱脂剂对木材进行处理，包括以下步骤：将木材在60℃下干燥24～48h，然后置于脱脂改性剂中进行水浴加热浸渍，浸渍处理后气干2～4天，然后于60～80℃下干燥。所述水浴加热浸渍的加热温度为60～100℃，加热时间为6～15h。
11.(二)有益效果
12.(1)本发明提供了一种均一稳定、无毒环保的松木脱脂剂，在高效脱脂的同时，维持或提升木材的物理力学性能，降低吸水性，且基本对材色无不利影响，有利于改善松木材材性缺陷，扩大其应用领域。
13.(2)本发明中提供的脱脂剂制备方法简单，易于回收处理，成本低廉，利于大规模工业化生产与应用。
14.(3)本发明提供的木材脱脂处理方法只需常规干燥和一次浸渍处理，操作简便，能耗低。
附图说明
15.图1为实施例3脱脂处理前后抗溢脂效果对比；
16.图2为实施例和对比例的抗拉强度对比；
17.图3为实施例和对比例的抗弯弹性模量对比；
18.图4为实施例和对比例的静曲强度对比；
19.图5为实施例和对比例的吸水率曲线对比。
具体实施方式
20.以下实施例用于说明本发明，但不用于限制本发明的范围。
21.为了对比各不同实施例与对比例处理材的性能，以下实施例所用木材均为欧洲赤松，硅酸钠模数均为3.3，但不限制木材为欧洲赤松，常见针叶材，如南方松、马尾松等均可，也不限制硅酸钠模数为3.3，其他本发明限定的硅酸钠模数范围均可。
22.实施例1
23.称取有机化合物2g，于50g水中在800rpm下搅拌至溶解，加入28g液体硅酸钠在800rpm下搅拌15min，加入表面活性剂0.2g，加水至溶液总质量为500g，在500rpm下搅拌30min。
24.采用水浴加热对80℃下绝干木材进行浸渍处理，将试件浸没于脱脂剂中，加热温度为80℃，时间为6h，浸渍后气干48h，再于80℃下干燥至绝干即可。
25.实施例2
26.称取有机化合物6g，于50g水中在800rpm下搅拌至溶解，加入85g液体硅酸钠在800rpm下搅拌15min，加入表面活性剂0.5g，加水至溶液总质量为500g，在500rpm下搅拌30min。
27.采用水浴加热对80℃下绝干木材进行浸渍处理，将试件浸没于脱脂剂中，加热温度为60℃，时间为6h，浸渍后气干48h，再于80℃下干燥至绝干即可。
28.实施例3
29.称取有机化合物6g，于50g水中在800rpm下搅拌至溶解，加入85g液体硅酸钠在800rpm下搅拌15min，加入表面活性剂0.5g，加水至溶液总质量为500g，在500rpm下搅拌30min。
30.采用水浴加热对80℃下绝干木材进行浸渍处理，将试件浸没于脱脂剂中，加热温度为80℃，时间为6h，浸渍后气干48h，再于80℃下干燥至绝干即可。
31.实施例4
32.称取有机化合物6g，于50g水中在800rpm下搅拌至溶解，加入85g液体硅酸钠在800rpm下搅拌15min，加入表面活性剂0.5g，加水至溶液总质量为500g，在500rpm下搅拌30min。
33.采用水浴加热对80℃下绝干木材进行浸渍处理，将试件浸没于脱脂剂中，加热温度为100℃，时间为6h，浸渍后气干48h，再于80℃下干燥至绝干即可。
34.实施例5
35.称取有机化合物10g，于50g水中在800rpm下搅拌至溶解，加入142g液体硅酸钠在800rpm下搅拌15min，加入表面活性剂0.8g，加水至溶液总质量为500g，在500rpm下搅拌30min。
36.采用水浴加热对80℃下绝干木材进行浸渍处理，将试件浸没于脱脂剂中，加热温度为80℃，时间为6h，浸渍后气干48h，再于80℃下干燥至绝干即可。
37.对比例
38.未处理木材，80℃真空干燥至绝干。
39.试验例1脱脂改性材的脱脂率
40.将绝干后的试件，按照国标gb/t 2677.2-2011和gb/t 2677.6-1994进行木粉制备和松脂提取，并按照国标ly/t 2148-2013测定其脱脂率，每组测定6次取平均值，结果如表1所示。
41.通过对比不同条件的实施例可以看出，处理温度对脱脂率的影响非常显著，随着处理温度的升高，脱脂率明显提升，从60℃到100℃，脱脂率提高超过15％。而脱脂剂浓度同样对脱脂率有着较大的作用，随着脱脂剂浓度的提高，脱脂率呈现先快速升高，后缓慢下降的趋势。结合图1可以看出，脱脂处理后的木材表面溢脂情况得到明显改善，几乎看不到有松脂的溢出出现。
42.表1脱脂材的脱脂率
[0043][0044]
试验例2脱脂改性材的物理力学性能
[0045]
将绝干后的试件(300
×
20
×
20mm)分别按照gb/t 1936.1-2009、gb/t 1936.2-2009、gb/t 1938-2009测定木材弹性模量(moe)、抗弯强度(mor)和顺纹抗拉强度，每组测定10次取平均值，结果分别如表2和图2～图4所示。
[0046]
从结果中可以看出，试材物理力学性能的整体变化不大，大多数处理条件下性能有小幅提升，个别试材有5％以内的下降，基本保持或提升了试件原有的力学强度。
[0047]
表2脱脂材和素材的力学性能对比
[0048][0049][0050]
试验例3脱脂改性材的材色
[0051]
使用色差仪测定处理材的颜色l*、a*、b*值以及与未处理材的色差δe，每组测定3次取平均值，结果如表3所示。
[0052]
通过对实施例和对比例的颜色对比可以发现，脱脂处理对木材原有材色的影响较小，由于脱脂剂本身无色，处理材颜色的加深更多源于高温和碱性溶液对木材成分的破坏。故较低温度和浓度下的脱脂材颜色无明显变化。
[0053]
表3脱脂材和素材的颜色对比
[0054][0055]
试验例4脱脂改性材的吸水性
[0056]
将绝干后的试件(20
×
20
×
20mm)按照gb/t 1934.1-2009测定其吸水率，将试样放入盛有蒸馏水的容器内并压入水面以下至少50mm，水温保持在20
±
2℃范围内，经6h进行第一次称重，并于12、24、36、48、60h各称量一次，至最后两次含水率之差小于5％时，可认为达到最大吸水率，结果如表4和图5所示。
[0057]
从结果中可以看出，所有实施例的吸水率均有不同程度的降低，最低组可将吸水率降低至70％以下。通过对不同条件处理材的对比可以发现，处理温度与吸水率呈正比关系，随着温度的升高，吸水率的下降程度不断降低；而脱脂剂浓度的提高则可以降低试材的吸水率，但降低幅度随着浓度的升高呈现降低的趋势。
[0058]
表4脱脂材和素材的吸水率对比
[0059][0060]
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。