木材的塑化技術(shù)及應(yīng)—木材醚化
1 木材醚化
用丙烯腈 、氯化芐等醚化劑與木材反應(yīng)，取代木材羥基上的氫，生成相應(yīng)的醚，即木材醚化。醚化目前主要有氰乙基化、芐基化、烯丙基化等方式。
1.1 氰乙基化
2.1.1 氰乙基化方法
最初的方法是將經(jīng)過苯醇和熱水抽提的木粉干燥后，以NaOH作為潤脹劑和催化劑，與丙烯 在40℃左右反應(yīng)。在堿濃度較低時，這種方法的潤脹和催化效果較差；反之，又會造成丙烯 及氰乙基化木材堿性水解。一種改進(jìn)措施是：堿潤脹是加入NaSCN或KSCN。在保證取代度不降低的情況下，適當(dāng)降低堿液的濃度，同時減少丙烯用量。另外，反應(yīng)是采用微波加熱，反應(yīng)時間可由4h縮短為20min。
2.1.2 氰乙基化木材的性能及應(yīng)用
國外對木材及纖維素的氰乙基化研究，主要集中在產(chǎn)品的性能和應(yīng)用上。研究發(fā)現(xiàn)，不同的木材和樹皮經(jīng)氰乙基化后，熱流動溫度約250℃，經(jīng)率溶膠處理后可降到150℃。如果反應(yīng)之前采用高碘酸鈉或氯化鈉處理，或反應(yīng)之后加入少量氯化鐵、氯化銅等金屬鹵化物，產(chǎn)品的熱流溫度會再下降。
氰乙基化木材及經(jīng)過率溶膠處理后的氰乙基化木材，熱塑性良好，可單獨(dú)制成膜、箔片或注塑策劃成型部件，亦能和可降解塑料復(fù)合。日本柳杉等經(jīng)氰乙基化后，得到的表面熱熔產(chǎn)品，可在160℃下熱壓成型，或者和高密度聚乙烯復(fù)合，制備木塑復(fù)合材料，用于生產(chǎn)復(fù)合門窗框、扶梯、地板、汽車底板及儀表板等。
氰乙基化木粉或氰乙基化短劍麻，與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%～0.16%的氯水反應(yīng)后，制得的氯代氰乙基化產(chǎn)品可作為復(fù)合材料的基體樹脂，與短劍麻或短苧麻纖維混合，在160℃、10MPa下熱壓制得增強(qiáng)塑化植物纖維復(fù)合材料片材。此類復(fù)合材料的性能可與植物纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料，甚至部分纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料相媲美，如單向劍麻纖維/塑化木粉復(fù)合材料的MOE最高可達(dá)61.8GPa,MOR最高可達(dá)339.7MPa。
不使用任何傳統(tǒng)膠黏劑，氰乙基化木材纖維可在240℃熱壓成密度為0.75g/cm3的纖維板，性能接近于普通木材的中密度纖維板。如果將氰乙基化纖維進(jìn)一步氯化，則熱壓溫度可降到130℃，產(chǎn)品MOR為35MPa。在其中摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～20%的未改性木材纖維時，強(qiáng)度還會進(jìn)一步增加。
含氮7%左右的氰乙基化紙漿具有水溶性，可用于造紙或生產(chǎn)木基功能材料；氰乙基化木材及其相關(guān)產(chǎn)品可以形成凝膠體或液晶狀態(tài)，使其用途更加廣泛；氰乙基化木材在適當(dāng)?shù)臈l件下水解后，可以作為離子交換劑；與通常的高性能介電材料氰乙基化纖維素相比，氰乙基化木材的介電常數(shù)更高，且具有較好的彈性和壓電性能，可用于生產(chǎn)功能材料。
氰乙基化木材工藝當(dāng)前的主要問題在于藥劑回收和生產(chǎn)成本。另外，反應(yīng)機(jī)理也需要深入、系統(tǒng)研究，為制定合理的工藝提供理論依據(jù)。
2.2 芐基化
2.2.1 芐基化方法
木粉以高濃度的NaOH水溶液作為潤脹劑，以氯化芐作為醚化劑，在125℃左右反應(yīng)4h，即可獲得芐基化木材。
芐基化過程中，以甲苯作稀釋劑，可以改善物料在反應(yīng)中的接觸狀態(tài)，有利于提高取代度；也可以使用高沸點(diǎn)溶劑，如正貿(mào)醇、辛醇及二甲苯等作稀釋劑，以減少氯化芐的用量，但反應(yīng)溫度增高，時間延長。芐基化也可以在蒸汽相中進(jìn)行，和液相反應(yīng)相比，反應(yīng)溫度更高（120～160℃），反應(yīng)時候更短；用微波加熱可縮短芐基化反應(yīng)時間；在反應(yīng)物中加季銨鹽（如四乙基嗅化銨），可提高產(chǎn)品的增重率和醚化劑的利用率。
2.2.2 芐基化木材的性能及應(yīng)用
不同木材芐基化后性能有一定的差異。如日本柳杉醚化后光澤性差、耐候性差。而日本赤松芐基化后可提高其抗彎強(qiáng)度、耐水性和尺寸穩(wěn)定性，增重率115%的芐基化木材，可在100～150℃熔融，并可在一定條件下熱壓成為半透明的塑料薄片。環(huán)氧大豆油、聚己酸內(nèi)酯扥，可改進(jìn)芐基化日本白樺的力學(xué)性能和熱性能。
利用芐基化木材的熱塑性，可制成多種復(fù)合材料。如將芐基化木材和聚丙烯共混擠出，再加上云母增強(qiáng)，可制備出高強(qiáng)度復(fù)合材料，用于制造混凝土模板等木材芐基化后，用甲苯、二甲基亞楓德不孤溶劑溶解后，可代替聚醚和異氰酸酯反應(yīng)，制備聚氨酯泡沫材料及聚氨酯黏合劑。
在人造板生產(chǎn)中，增重率﹥38%的芐基化刨花制成的無膠刨花板，較普通刨花板，具有更好的尺寸穩(wěn)定性和耐腐性，IB增強(qiáng)了1倍，MOR略有下降；熱磨機(jī)械漿進(jìn)行芐基化改性后，生產(chǎn)的硬質(zhì)纖維板，可作為無醛人造板，用于建筑、裝修、家具等行業(yè)。
芐基化木材今后的研究重點(diǎn)在于：藥品回收，降低成本和芐基化機(jī)理。
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