[发明专利]工业木质素复合蒙脱土木材改性剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种工业木质素复合蒙脱土木材改性剂及其制备方法和应用，通过采用天然蒙脱土和工业木质素，以提升改性材的防水性和稳定性。工业木质素主要来源于造纸工业的副产品，具有来源广、成本低、无毒害等优点，本发明将工业木质素重新回收利用，不仅能缓解污染，还可以实现资源再利用，而且木质素由于其结构复杂，同时含有亲水基团和疏水基团，可以用作表面活性剂，可以有效提高蒙脱土的片层距离。本发明采用工业木质素协同纳米蒙脱土处理木材，可以有效地改善速生材的尺寸稳定性，采用蒙脱土复合工业木质素的木材改性剂提升木材性能，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。

技术领域

本发明属于木材功能性改良技术领域，特别涉及一种工业木质素复合蒙脱土木材改性剂及其制备方法和应用。

背景技术

木材作为一种绿色天然的可再生材料，从而广泛应用于建筑、家具和装饰材料等领域。然而，木材作为一种具有多孔结构的吸湿性材料，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。同时，为了缓解木材资源短缺问题，我国不断加大人工速生林面积，然而速生材的材性存在很多劣势，例如密度小、强度低和尺寸稳定性差等，给其加工和利用带来诸多不便。因此，如何改善速生材的缺陷，进而促进速生材的高效利用，实现“劣材优用”的目的，是木材功能性改良研究领域的重要课题。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。

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。近年来，蒙脱土成为了一种经济环保的纳米改性材料。天然的蒙脱土是一种2:1型的层状硅酸盐，层间主要是Ca+、Na+等水合阳离子，具有一定的亲水性，能够稳定地悬浮在水中。利用有机改性剂对蒙脱土改性，可以使亲水性的蒙脱土表面疏水化，形成疏水的有机蒙脱土。不同的有机改性剂和改性工艺对蒙脱土片层距离提高程度不同。目前的研究主要包括阳离子表面活性剂改性、阴离子表面活性剂改性两种途径。木质素是自然界中含量仅次于纤维素的高分子有机物，被认为是一种优良的天然材料。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；且一些木材改性剂中存在一定的挥发性有害物质，危害环境和人体健康。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的提供一种天然绿色、原料来源广泛的木材改性剂，通过采用天然蒙脱土和工业木质素，以提升改性材的防水性和稳定性。工业木质素主要来源于造纸工业的副产品，具有来源广、成本低、无毒害等优点，本发明将工业木质素重新回收利用，不仅能缓解污染，还可以实现资源再利用，而且木质素由于其结构复杂，同时含有亲水基团和疏水基团，可以用作表面活性剂，可以有效提高蒙脱土的片层距离。本发明的具体技术方案如下：

本发明首先提供了一种工业木质素复合蒙脱土木材改性剂，由如下重量份的组分制得：蒙脱土1-20份，工业木质素1-20份，季铵盐类表面活性剂1-18份，聚乙烯醇1-15份，乙醇20-200份，去离子水50-300份。

优选地，所述蒙脱土为天然亲水性蒙脱土。

优选地，所述工业木质素碱木质素、造纸黑液或木质素磺酸盐；所述蒙脱土为钠基蒙脱土或钙基蒙脱土；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、双癸基二甲基苄基氯化铵的一种或几种；所述聚乙烯醇的聚合度500-4000，优选地所述聚乙烯醇的聚合度500-1000。

本发明还提供了一种上述工业木质素复合蒙脱土木材改性剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S1.将蒙脱土、季铵盐类表面活性剂、聚乙烯醇、乙醇以及去离子水均匀混合，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。