技术领域
[0001] 本
发明涉及木材改性的技术领域，尤其涉及一种蒙脱土复合工业木质素改性木材的方法。
背景技术
[0002] 木材作为一种绿色天然的可再生材料，具有易于加工、强重比高等优点，广泛应用于人们的日常生产和生活当中。但是木材是一种多孔吸湿性材料，在加工和使用过程中，极易发生
翘曲、开裂等尺寸
稳定性问题，使其寿命和利用率降低。因此，对木材，尤其是人工林速生材进行改性处理，提升其防
水性和尺寸稳定性至关重要。这对于拓宽速生材的应用领域，实现林木资源的高效利用，突破木材资源供给持续紧张的产业发展
瓶颈，极具战略意义与现实价值。
[0003]
现有技术中的一些木材改性剂价格高昂，使用后会残留挥发性物质，对环境造成污染，危害人体健康，并且一些木材改性剂原料为不可再生资源，不能实现可持续发展。现有技术中还经常使用蒙脱土作为改性剂，蒙脱土是一种
硅酸盐类
纳米材料改性剂，但是，天然蒙脱土分散性较低，在实际应用过程中效果不理想，需要对其进行改性处理。将天然蒙脱土改性为有机蒙脱土后，可提升木材防水性和尺寸稳定性，目前大多采用双癸基二甲基
氯化铵等对其改性，但效果依然有限。
发明内容
[0004] 基于上述问题，本发明的目的是提供一种天然绿色、原料来源广泛的木材改性剂，以更好的提升木材的防水性和尺寸稳定性。本发明利用蒙脱土和工业木质素作为改性剂对木材进行两步改性，可有效提升木材尺寸稳定性，同时，工业木质素来源于制浆造纸过程中的废液，常被作为废料排出，容易造成环境污染，本发明将废液中的工业木质素重新
回收利用，应用于木材改性，对于实现废弃资源的高值化利用，推动行业高效绿色发展具有重要意义。
[0005] 本发明提供一种蒙脱土复合工业木质素改性木材的方法，具体技术方案如下：包括以下步骤：步骤1.制备蒙脱土木材改性剂；
[0006] 步骤2.利用步骤1得到的蒙脱土木材改性剂对木材进行浸注处理，得到蒙脱土改性材；
[0007] 步骤3.制备工业木质素改性剂；
[0008] 步骤4.利用步骤3得到的工业木质素改性剂对步骤2得到的蒙脱土改性材进行浸注处理，得到蒙脱土复合工业木质素改性木材。
[0009] 优选地，步骤1中的蒙脱土木材改性剂，由如下重量份的组分制得：蒙脱土1～20份、季铵盐类
表面活性剂1～76份、聚合度为500～5000的聚乙烯醇1～8份、
乙醇12～100份以及去离子水32～196份。
[0010] 优选地，所述蒙脱土木材改性剂，由如下重量份的组分制得：蒙脱土2～10份、季铵盐类表面活性剂4～10份、聚合度为500～2000的聚乙烯醇2～10份、乙醇25～100份、去离子水65～150份。
[0011] 优选地，所述蒙脱土为天然亲水性蒙脱土，包括但不限于钠基蒙脱土、
钙基蒙脱土，进一步优选为钠基蒙脱土。
[0012] 优选地，所述季铵盐类表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、双十二烷基二甲基氯化铵、癸基二甲基苄基氯化铵的一种或几种。
[0013] 优选地，步骤3中的工业木质素改性剂，由如下重量份的组分制得：工业木质素2～20份、25％乙醇溶液98～380份。
[0014] 优选地，步骤3中的工业木质素改性剂，由如下重量份的组分制得：工业木质素2～10份、25％乙醇溶液200～300份。
[0015] 优选地，所述工业木质素是
植物纤维原料在制浆过程中降解溶出的木质素，包括
碱木质素、造纸黑液、木质素磺酸盐、优选碱木质素。
[0016] 优选地，步骤1中的蒙脱土木材改性剂，是将蒙脱土、季铵盐类表面活性剂、聚乙烯醇、乙醇、去离子水混合。将混合物放入烧杯中搅拌，搅拌均匀后放入
超声波震荡仪，在100Hz条件下用
超声波处理，得到蒙脱土木材改性剂。
[0017] 优选地，超声波处理时间为20～300min，优选为60～90min。
[0018] 优选地，所述步骤2和步骤4中木材采用
真空-加压浸渍处理，浸注处理方法为：
[0019] S1.将木材置于浸注罐内进行真空处理，真空度为-0.6～-1.0MPa，处理时间为25～35min；
[0020] S2.将上述制备得到的改性剂加入到浸渍罐后，在0.3～0.8MPa的压
力条件下保压30～240min；
[0021] S3.卸压出罐完成处理过程，取出试材，置于室温下气干3天后，放入烘箱中干燥至恒重。
[0022] 上述技术方案的有益效果：
[0023] 1.本发明利用蒙脱土和工业木质素作为木材改性剂，成本低廉、绿色环保，将废液中的工业木质素重新回收利用，应用于木材改性，减少了制浆造纸废液的污染，可有效推进制浆造纸废液的再利用，对于实现废弃资源的高值化利用，推动行业高效绿色发展具有重要意义。
[0024] 2.本发明采用两步法实现改性，使工业木质素在木材内进入蒙脱土
片层之间，用以改性蒙脱土，对蒙脱土进行插层，以提升蒙脱土的层间距甚至达到使其剥离的效果，从而实现在细胞壁尺度上的改性；同时，工业木质素也具有一定的疏水性，可与蒙脱土协同提升木材的尺寸稳定性。
[0026] 图1钠基蒙脱土、
实施例1-2和对比例的
X射线衍射图谱
具体实施方式
[0027] 下面将参考实施例并结合附图来详细说明本发明。下述实施例中所用的材料、
试剂等，均可从商业途径得到。本发明给出六组实施例和一组对比例，六组实施例中均采用满细胞法分两步对实施例木材进行真空-加压浸渍处理，但每组蒙脱土改性剂和工业木质素改性剂的制备不同。
[0028] 以下实施例1-实施例6均采用下述满细胞法分两步对实施例木材进行真空-加压浸渍处理：
[0029] 第一步：将木材置于浸注罐中，进行真空处理，相对真空度为-0.1MPa，处理时间为30min；加入蒙脱土改性剂，在相对压力为0.5MPa的条件下进行加压处理，处理时间为
60min；处理结束后，将木材取出，得到蒙脱土改性材，置于室温下在空气中自然干燥3天后，在103℃的条件下干燥至绝干。
[0030] 第二步：取第一步制得的蒙脱土改性材于浸注罐中，进行真空处理，相对真空度为-0.1MPa，处理时间为30min；加入工业木质素改性剂，在相对压力为0.5MPa的条件下进行加压处理，处理时间为60min；处理结束后，将木材取出，得到蒙脱土复合工业木质素改性材，置于室温下在空气中自然干燥3天后，在103℃的条件下干燥至绝干。
[0031] 实施例1
[0032] 蒙脱土改性剂的制备：取1份钠基蒙脱土、4份十六烷基三甲基溴化铵、1份聚合度为1000的聚乙烯醇(PVA)、12份乙醇、32份去离子水放入烧杯中搅拌，搅拌均匀后放入超声波震荡仪，在100Hz条件下用超声波处理30min，得到
质量分数为2％的蒙脱土改性剂。
[0033] 工业木质素改性剂的制备：取2份造纸黑液、98份质量分数为25％的乙醇溶液，放入烧杯中混合均匀，得到质量分数为2％的工业木质素改性剂。
[0034] 利用上述制备的蒙脱土改性剂和工业木质素改性剂制备得到实施例1的蒙脱土复合工业木质素改性木材的各种尺寸的标准试件。
[0035] 实施例2
[0036] 蒙脱土改性剂的制备：取4份钠基蒙脱土、15份双十二烷二甲基氯化铵、4份聚合度为500的PVA、50份乙醇、127份去离子水放入烧杯中搅拌，搅拌均匀后放入超声波震荡仪，在100Hz条件下用超声波处理30min，得到质量分数为2％的蒙脱土改性剂。
[0037] 工业木质素改性剂的制备：取4份碱木质素、96份质量分数为25％的乙醇溶液，放入烧杯中混合均匀，得到质量分数为4％的工业木质素改性剂。
[0038] 利用上述制备的蒙脱土改性剂和工业木质素改性剂制备得到实施例2的蒙脱土复合工业木质素改性木材的各种尺寸的标准试件。
[0039] 实施例3
[0040] 蒙脱土改性剂的制备：取6份钠基蒙脱土、23份癸基二甲基苄基氯化铵、4份聚合度为2000的PVA、50份乙醇、117份去离子水放入烧杯中搅拌，搅拌均匀后放入超声波震荡仪，在100Hz条件下用超声波处理30min，得到质量分数为3％的蒙脱土改性剂。
[0041] 工业木质素改性剂的制备：取3份碱木质素、97份质量分数为25％的乙醇溶液，放入烧杯中混合均匀，得到质量分数为3％的工业木质素改性剂。
[0042] 利用上述制备的蒙脱土改性剂和工业木质素改性剂制备得到实施例3的蒙脱土复合工业木质素改性木材的各种尺寸的标准试件。
[0043] 实施例4
[0044] 蒙脱土改性剂的制备：取8份钙基蒙脱土、30份十六烷基三甲基溴化铵、4份聚合度为3000的PVA、50份乙醇、108份去离子水放入烧杯中搅拌，搅拌均匀后放入超声波震荡仪，在100Hz条件下用超声波处理30min，得到质量分数为4％的蒙脱土改性剂。
[0045] 工业木质素改性剂的制备：取2份碱木质素、98份质量分数为25％的乙醇溶液，放入烧杯中混合均匀，得到质量分数为2％的工业木质素改性剂。
[0046] 利用上述制备的蒙脱土改性剂和工业木质素改性剂制备得到实施例4的蒙脱土复合工业木质素改性木材的各种尺寸的标准试件。
[0047] 实施例5
[0048] 蒙脱土改性剂的制备：取8份钙基蒙脱土、15份十六烷基三甲基溴化铵、15份癸基二甲基苄基氯化铵、4份聚合度为4000的PVA、50份乙醇、108份去离子水放入烧杯中搅拌，搅拌均匀后放入超声波震荡仪，在100Hz条件下用超声波处理30min，得到质量分数为4％的蒙脱土改性剂。
[0049] 工业木质素改性剂的制备：取12份木质素磺酸盐、288份质量分数为25％的乙醇溶液，放入烧杯中混合均匀，得到质量分数为4％的工业木质素改性剂。
[0050] 利用上述制备的蒙脱土改性剂和工业木质素改性剂制备得到实施例5的蒙脱土复合工业木质素改性木材的各种尺寸的标准试件。
[0051] 实施例6
[0052] 蒙脱土改性剂的制备：取20份钙基蒙脱土、38份双十二烷基二甲基氯化铵、38份癸基二甲基苄基氯化铵、8份聚合度为5000的PVA、100份乙醇、196份去离子水放入烧杯中搅拌，搅拌均匀后放入超声波震荡仪，在100Hz条件下用超声波处理30min，得到质量分数为5％的蒙脱土改性剂。
[0053] 工业木质素改性剂的制备：取20份木质素磺酸盐、380份质量分数为25％的乙醇溶液，放入烧杯中混合均匀，得到质量分数为5％的工业木质素改性剂。
[0054] 利用上述制备的有机蒙脱土改性剂和工业木质素改性剂制备得到实施例6的蒙脱土复合工业木质素改性木材的各种尺寸的标准试件。
[0055] 对比例
[0056] 未处理木材，103℃条件下干燥至绝干的木材标准试件。
[0057] 获取上述七种标准试件后，利用七种标准试件进行实验，对标准试件进行性能测试。
[0058] 实验一 蒙脱土层间距
[0059] 采用X射线衍射仪对钠基蒙脱土(Na-MMT)、实施例1-2和对比例进行表征,蒙脱土层间距主要通过X射线衍射(XRD)图谱中蒙脱土片层的001
晶面间距判定。结果如图1所示。
[0060] 结果表明：蒙脱土的特征峰主要集中在10°以内，经过工业木质素第二步浸渍后，改性材的蒙脱土(001)衍射峰几乎消失,根据图1右上
角插入的实施例2的扫描
电子显微镜(SEM)图可知蒙脱土的层间距已经达到0.88μm，证明蒙脱土可以被工业木质素剥离。
[0061] 实验二 改性木材的吸水性
[0062] 根据国标GB/T 1934.1-2009对实施例1-6、对比例制备得到的标准试件进行吸水性测试，各试材吸水增重率随时间的变化，结果如表1所示。
[0063] 结果表明：从表1中可以看出蒙脱土复合工业木质素处理材的吸水增重率低于未处理材，蒙脱土复合工业木质素处理材的防水性得到有效提升。
[0064] 表1各组试材在吸水过程中的吸水增重率
[0065]
[0066] 实验三 尺寸稳定性实验
[0067] 根据国标GB/T 1934.2-2009测定实施例1-6、对比例制备得到的标准试件的吸湿和吸
水体积
膨胀率，结果如表2所示。
[0068] 结果表明：如表2所示，蒙脱土复合工业木质素处理材体积膨胀率低于未处理材，蒙脱土复合工业木质素处理可以有效提升木材的尺寸稳定性。
[0069] 表2各组试材吸湿体积膨胀率和吸水体积膨胀率
[0070]
[0071] 实验四 顺纹抗压强度
[0072] 根据国标GB/T 1935-2009测定实施例1-6、对比例制备得到的标准试件的顺纹抗压强度，结果如表3所示。
[0073] 结果表明：从表3中可以看出蒙脱土复合工业木质素处理材顺纹抗压强度高于未处理材，且随着蒙脱土和工业木质素浓度增大，顺纹抗压强度越高。蒙脱土复合工业木质素处理可以有效提升木材的力学性能。
[0074] 表3各组试材的顺纹抗压强度
[0075]
