CN102922575B - 一种微波水热合成乙酰化木的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波水热合成乙酰化木的方法，本发明的方法酰化剂用量少，工艺简单，反应时间短，效率高，成本低廉，对环境友好。本发明的微波水热合成乙酰化木的方法，其包括以下步骤：步骤1：将木材与乙酰化流体按质量比1~10:100的配比在10℃-100℃的温度下混合搅拌10-300分钟，得微波水热反应的前驱物，其中木材的含水量重量百分比为6%-20%；步骤2：将步骤1所得的前驱物放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入微波水热反应仪中进行乙酰化反应；步骤3：待乙酰化反应完成后，冷却至室温，取出反应釜中的固体，放入真空干燥箱干燥，得乙酰化木固体。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性木材的制备方法，更具体地说涉及一种微波水热合成乙酰化木的方法，属于木材保护领域。
背景技术
乙酰化木是一种化学改性木材,通过乙酰化改性技术，对木材进行化学改性处理，使得木材组分中的羟基转化为乙酰基。因而该化学改性具有使亲水性的羟基转化为疏水性的乙酰基的效果。
木材乙酰化是木材化学改性中研究最多的，并且已经开始商品化。木材乙酰化是采用乙酰剂处理木材,以提高木材尺寸稳定性的技术。在早期木材乙酰化过程中，乙酸酐被溶解于稀释剂如二甲苯和甲苯中，以有助于在木材中的渗透，且长时间的高温介质处理使木材发生降解，导致木材本身强度下降(Kumar S,Agarwal S C.Biological degradation resistance of woodacetylated with thioacetic acid,International Research Group on wood PreservationIRG/WP/3223,1983)；也有报道在木材乙酰化过程中使用某些催化剂（如吡啶等），但反应结束后难闻的气味很难完全去除，另外使用催化剂给处理液的分离和回收带来困难（Rowell R M.刘正添等译.实木化学.北京:中国林业出版社，1988:10-28）；王婉华等对液相乙酰化后的废液进行测定得出大约有85%的酸酐实际上没有参加反应，这在工业上是极大的浪费（王婉华等.木材液相乙酰化的研究.南京林产工业学院学报.1981(4)：33-40）。可以说，乙酰化得率不高导致乙酰化木材成本较高是目前乙酰化研究方面面临的难题。
水热法是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压（或自生蒸气压），创造一个相对高温、高压的反应环境，使得反应底物相互渗透，加速反应速率。
微波通常是指波长为1mm到0.1mm范围内的电磁波，其相应的频率范围为300MHz-300GHz。微波作用的本质是电磁波对带电粒子的作用，是物质在外加电磁场作用下内部介质极化产生的极化强度矢量滞后于电场变化而导致与电场同相的电流产生，导致了材料的内耗。由于此种能量来自反应物溶剂内部，本身不需要传热媒体，不靠对流，样品温度便可以很快上升，从而可以全面、快速、均匀地加热反应物溶剂，达到提高化学反应速率的目的。微波除了有热效应外还有非热效应，可以有选择性地加热，从而使化学反应具有一定的选择性。微波水热法具有其它传统合成技术不可比拟的优点，如反应速度快、合成时间短、反应效率高、产品具有较高的纯度等优点，因此适合于推广到大规模的工业生产中去，在有机合成反应领域里显示了良好的发展态势和广阔的应用前景，已经受到各国广泛重视。用微波水热法即以微波作为加热方式，结合传统的水热法来制备乙酰化木是一种新的方法，可以解决现有技术存在的问题与不足。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题与不足，提供一种微波水热合成乙酰化木的方法，对木材进行化学改性以提高其性能，本发明的方法使用乙酸、乙酸酐的混合液作为乙酰化试剂，排除了使用催化剂带来的难闻的气味以及处理液难以分离和回收的困难，酰化剂用量少，工艺简单，反应时间短，效率高，成本低廉，对环境友好。
本发明采用如下技术方案：
本发明的微波水热合成乙酰化木的方法，其包括以下步骤：
步骤1：将木材与乙酰化流体按质量比1~10:100的配比在10℃-100℃的温度下混合搅拌10-300分钟，得微波水热反应的前驱物，其中木材的含水量重量百分比为6%-20%；
步骤2：将步骤1所得的前驱物放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入微波水热反应仪中进行乙酰化反应；
步骤3：待乙酰化反应完成后，冷却至室温，取出反应釜中的固体，放入真空干燥箱干燥，得乙酰化木固体。
本发明的微波水热合成乙酰化木的方法，其进一步的技术方案是步骤1中所述的乙酰化流体由乙酸酐和乙酸组成，其中乙酸酐的质量百分比为80%至95%，乙酸的质量百分比为5%至20%。
本发明的微波水热合成乙酰化木的方法，其进一步的技术方案还可以是步骤1中所述的木材的含水量重量百分比为6%-10%。
本发明的微波水热合成乙酰化木的方法，其进一步的技术方案还可以是步骤1中所述的木材与乙酰化流体的质量比为5-10:100。
本发明的微波水热合成乙酰化木的方法，其进一步的技术方案还可以是步骤1中所述的乙酰化流体与木材混合搅拌的温度为30℃至50℃。
本发明的微波水热合成乙酰化木的方法，其进一步的技术方案还可以是步骤1中所述的乙酰化流体与木材混合搅拌的时间为30分钟至60分钟。
本发明的微波水热合成乙酰化木的方法，其进一步的技术方案还可以是步骤2中所述的乙酰化反应的条件为：温度120℃至160℃下保温反应15分钟至2小时，反应压力为0.5至3MPa。
本发明的微波水热合成乙酰化木的方法，其进一步的技术方案还可以是步骤2中所述的微波水热反应仪的功率为300W至500W。
本发明的微波水热合成乙酰化木的方法，其进一步的技术方案还可以是步骤3中所述的真空干燥箱干燥的温度为60℃。
本发明的微波水热合成乙酰化木的方法，其进一步的技术方案还可以是包括以下步骤：
步骤1：取含水量小于10%重量的木材与乙酰化流体（90%质量的乙酸酐与10%质量的乙酸）的质量比=1:20的配比在30℃的温度下混合搅拌30分钟，得微波水热反应的前驱物；
步骤2：将步骤1所得的前驱物放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入微波水热反应仪中，设定功率300W，在温度150℃、压力1MPa下乙酰化反应30分钟；
步骤3：待反应完成后，冷却至室温，取出反应釜中的固体，放入真空干燥箱60℃下干燥，得乙酰化木固体。
与现有技术相比，本发明的高温微波水热法制备乙酰化木的方法至少具有以下优点：本发明方法装置简单、反应时间仅30分钟左右（现有的液相乙酰化法反应时间至少4小时以上），在温度150℃、压力1MPa下合成了乙酰化木，是一种工艺简单、高效率、低能耗、成本低廉的环境友好型的制备方法。
附图说明
图1为乙酰化木材和普通木材对比的红外光谱图
图中A线为对照未乙酰化普通木材样品，B、C、D、E线分别为实施例1、2、3、4的乙酰化木样品，其中3400cm-1为木材羟基的吸收峰，1724cm-1为饱和羰基的吸收峰，1384cm-1为乙酸盐的吸收峰，1242cm-1为乙酰基的吸收峰。
具体实施方式
以下通过具体实施例说明本发明，但本发明并不仅仅限定于这些实施例。
实施例1
取含水量20%重量的木材与乙酰化流体（90%质量的乙酸酐与10%质量的乙酸）的质量比=1:10的配比在30℃的温度下混合搅拌30分钟，转入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入微波水热反应仪中，设定功率300W，在温度150℃、压力1MPa下乙酰化反应30分钟，冷却至室温，取出反应釜中的固体，放入真空干燥箱60℃下干燥，得乙酰化木样品，乙酰化增重率24.13%。
实施例2
取含水量6%重量的木材与乙酰化流体（80%质量的乙酸酐与20%质量的乙酸）的质量比=1:20的配比在50℃的温度下混合搅拌60分钟，转入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入微波水热反应仪中，设定功率300W，在温度140℃、压力1MPa下乙酰化反应45分钟，冷却至室温，取出反应釜中的固体，放入真空干燥箱60℃下干燥，得乙酰化木样品，乙酰化增重率24.94%
实施例3
取含水量10%重量的木材与乙酰化流体（95%质量的乙酸酐与5%质量的乙酸）的质量比=1:20的配比在30℃的温度下混合搅拌45分钟，转入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入微波水热反应仪中，设定功率200W，在温度150℃、压力1MPa下乙酰化反应30分钟，冷却至室温，取出反应釜中的固体，放入真空干燥箱60℃下干燥，得乙酰化木样品，乙酰化增重率25.56%
实施例4
取含水量10%重量的木材与乙酰化流体（90%质量的乙酸酐与10%质量的乙酸）的质量比=1:20的配比在30℃的温度下混合搅拌30分钟，转入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入微波水热反应仪中，设定功率300W，在温度150℃、压力1MPa下乙酰化反应30分钟，冷却至室温，取出反应釜中的固体，放入真空干燥箱60℃下干燥，得乙酰化木样品，乙酰化增重率26.09%。
Claims (7)
1.一种微波水热合成乙酰化木的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：将木材与乙酰化流体按质量比1～10:100的配比在10℃-100℃的温度下混合搅拌10-300分钟，得微波水热反应的前驱物，其中木材的含水量重量百分比为6％-20％；
步骤2：将步骤1所得的前驱物放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入微波水热反应仪中进行乙酰化反应，其中所述的乙酰化反应的条件为：温度120℃至160℃下保温反应15分钟至2小时，反应压力为0.5至3MPa；
步骤3：待乙酰化反应完成后，冷却至室温，取出反应釜中的固体，放入真空干燥箱干燥，得乙酰化木固体；
其中步骤1中所述的乙酰化流体由乙酸酐和乙酸组成，乙酸酐的质量百分比为80％至95％，乙酸的质量百分比为5％至20％。
2.根据权利要求1所述的微波水热合成乙酰化木的方法，其特征在于步骤1中所述的木材的含水量重量百分比为6％-10％。
3.根据权利要求1所述的微波水热合成乙酰化木的方法，其特征在于步骤1中所述的木材与乙酰化流体的质量比为5-10:100。
4.根据权利要求1所述的微波水热合成乙酰化木的方法，其特征在于步骤1中所述的乙酰化流体与木材混合搅拌的温度为30℃至50℃。
5.根据权利要求1所述的微波水热合成乙酰化木的方法，其特征在于步骤1中所述的乙酰化流体与木材混合搅拌的时间为30分钟至60分钟。
6.根据权利要求1所述的微波水热合成乙酰化木的方法，其特征在于步骤2中所述的微波水热反应仪的功率为300W至500W。
7.根据权利要求1所述的微波水热合成乙酰化木的方法，其特征在于步骤3中所述的真空干燥箱干燥的温度为60℃。
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Legal Events
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Application publication date: 20130213 Assignee: Suzhou poly dimension Mstar Technology Ltd. Assignor: Nanjing Forestry University Contract record no.: 2018320000188 Denomination of invention: Microwave-hydrothermal method for synthesizing acetylated wood Granted publication date: 20150311 License type: Common License Record date: 20181010 Application publication date: 20130213 Assignee: Nanjing poly New Material Co.,Ltd. Assignor: Nanjing Forestry University Contract record no.: 2018320000187 Denomination of invention: Microwave-hydrothermal method for synthesizing acetylated wood Granted publication date: 20150311 License type: Common License Record date: 20181010 |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20221104 Address after: 257000 No. 12, Liba Road, Economic Development Zone, Lijin County, Dongying City, Shandong Province Patentee after: Shandong binwei Building Materials Technology Co.,Ltd. Address before: 211200 288 Qinhuai Road, Yung Yang Street, Lishui District, Nanjing, Jiangsu Patentee before: Nanjing Fennuoke New Materials Co.,Ltd. |
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Granted publication date: 20150311 |