专利名称：阻燃实木型材、阻燃实木地板及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种经木材热处理和阻燃处理工艺改良的阻燃实木型材、阻燃实木地板及其生产方法，属于木制品生产工艺技术。
背景技术：
木材作为可再生资源，越来越受到人们的重视，但木材本身的各向异性，使得木材在使用过程容易发生翘曲、开裂、变形、易腐、易霉、使用寿命短，特别是速生材，这些木材缺陷更严重，从而限制了木材的使用途径。因此，为了提高木材的尺寸稳定性和延长木材的使用寿命，人们开展了很多木材功能性改良的科研活动。上世纪90年代欧洲的芬兰、荷兰、法国和德国开始对炭化木(学名热处理木或热改性材)进行研究，典型工艺采用的是木材浸渍在高温(160°C M(TC)热油里处理，或采用惰性气体为加热介质高温(160°C 240°C)处理木材，处理得到的木材拥有很好的稳定性和使用寿命，于90年代末开始实现产业化，但欧洲的这些工艺复杂，生产成本高。本公司在中国专利文献CN1868704 (2006-11_29)曾公开“木材炭化处理方法”，该方法采用的是常压下过热水蒸汽为加热介质，采用连续升温法在(1600C 240°C )条件下对木材进行处理，处理得到的木材获得优良的性能，由于生产工艺简单，生产过程不添加任何化学药剂，并很快实现了产业化。本公司在中国专利文献CN1868708A (2006-11- )曾公开“炭化木地板生产方法”，实现了该技术在实木地板中的应用，使得实木地板第一次能应用于地采暖，并实现产业化生产。浙江林学院在中国专利文献CN101069972A (2007_11_14)曾公开“一种热处理炭化木材的生产方法”，该方法是将初含水率低于12%的木材，按常规干燥法堆垛放入炭化窑内，在1 3h内升到50 80°C，接着以10 18°C的升温速度升温到95 105°C，接着以 3 8°C的速度升温到120 130°C，使木材内部含水率几乎降到0%，再以12 20°C /h的速度升温到185 220°C之间，保温2 8h，并采用间歇式喷蒸法进行喷蒸处理，结束后采用间歇式喷蒸法进行降温，降到120 140°C，接着采用进排气口间歇开合和间歇式喷蒸法进行降温到70 85°C，并维持1 4h，使木材的含水率恢复到4 9%，出窑。这一热处理工艺只适用于小批量实验室且厚度不大的木材板材，不能用于大规模工业化生产。经本公司的多年生产经验证明如用上述方案处理木材的初含水率高于8%以上，木材厚度大于20mm 时，会使木材在处理后，容易产生表裂和内裂，而且采用上述的间歇式喷蒸升温和降温，很容易引起在炭化处理过程中发生起火，以15 20°C /h的速度升温到185 220°C之间处理木材，会由于木材受热不均，使处理出来的木材材色表里不均，会大大降低木材出材率和降低木材等级。上海大不同木业科技有限公司在在中国专利文献CN101497799A (2009_8_5)曾公开了 “一种超高温木材炭化方法”，该方法在处理木材的初始阶段升温太快，如木材的含水率很高，会使得木材在炭化处理前期产生表裂，炭化后期产生内裂，降低木材的出村率和木材的质量。一直以来，由于实木型材的渗透性差，人们采用以下方法来对实木型材进行阻燃处理。加压浸注法，典型工艺是在浸渍罐中，加压浸注或先抽真空、再加压浸注或先抽真空、 再加压浸注、再抽真空这三种工艺，把阻燃剂浸注到木材里面。但这种方法对设备要求高， 生产工艺复杂，出材率低，生产能耗高，生产成本高，未真正实现产业化应用，而且所得到的产品稳定性差，使使用过程中容易变形开裂。中国专利文献CN1651202A (2005-8-11)曾公开“木材木制品阻燃剂及其处理方法”，其处理方法是将木材如板、木条等，木制品如细木工板、木质胶合板、纤维板等，放入处理罐中，封闭罐门；抽真空至真空度为0. 084士0. OOSMPa，同时保持10 90分钟；然后将阻燃剂于常温下注入上述真空状态下的处理罐中，同时加压至0. 2 1. OMPa时保持1 6MPa，卸掉压力及排空阻燃剂；然后再对处理罐抽真空至真空度为0. 084士0. 008MPa,同时保持20 90分钟，最后排除真空。然而该方法生产工艺复杂，生产成本高。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种阻燃实木型材的生产方法，它集合炭化热处理木材和阻燃处理木材二者的优点，克服其各自的缺点，有利于产业化生产。本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的 阻燃实木型材的生产方法，依次包括步骤
A.干燥木材；
B.炭化热处理至175°C 205°C ；
C.常压浸渍阻燃处理；
D.干燥木材含水率为6.0 10. 0%。本发明以速生材为原料，由于速生材质地较软，而炭化又会进一步降低其表面硬度，通过本发明的阻燃处理，使速生材表面硬度提高，因而使速生材还具有表硬底软的优秀使用特性。集合炭化热处理木材和阻燃处理木材的优点，克服其各自的缺点，使处理得到的实木型材、实木地板尺寸稳定性高，耐腐耐候性强，表层2 6mm处充满阻燃剂，阻燃效果好，生产设备简单，生产成本低，木材出材率高；克服了炭化木热处理材不具有阻燃性的问题，克服了现有阻燃处理常压技术条件下处理较厚木材时，阻燃剂不能很好地渗透入木材， 而且经阻燃处理的木材在平衡、干燥过程中容易发生端裂、变形等以及不容易干燥的问题。步骤A所述干燥木材，是使木材含水率< 7. 0%的过程。所述的木材优选速生材， 即生长速度快、成材周期短的树种，优选樟子松、南方松、马尾松、辐射松、杨木、杉木、欧洲云杉等。本公司经过多年的产业化生产实践证明，很多的热处理工艺都能处理得到炭化木，但热处理前木材的初含水率、木材的分层含水率与木材中的残余应力这三个指标对提高炭化木的质量和提高炭化木的出材率有决定性的作用，特别是木材的初含水率是这三个影响因素的核心，本技术方案是在本公司原有的专利技术基础上，经多年生产实践得到的， 它既可以提高炭化木的质量和出材率，同时也有利于产业化过程中的节能降耗。作为本发明技术方案的一种优选，所述步骤B的炭化热处理工艺，是将木材整齐码垛并在木材堆顶部加压，然后装入木材热处理设备中，迅速升温和加湿，使温度升高到80°C 90°C，湿度加湿到相对湿度为70% 80%，保持池 4h，然后采用阶梯式升温方法按照(10°C 20°C )/h的速度升温到125°C 135°C并保持2h 4h，阶梯式升温同时一直通水蒸气加湿，此时的相对湿度为> 100%,然后再采用阶梯式升温方法，将温度按照(8°C 15°C ) /h的速度升温至175°C 205°C，并在最高温度下保持池 4h，结束后采用喷射雾化水方法让木材快速降温，至热处理设备内温度小于120°C时，停止加湿和喷雾化水，让木材自然降温，至40°C 60°C时，木材移出设备，结束炭化热处理。本技术工艺缩短了炭化处理时间，提高了产品质量，在炭化过程中采用175°C 205°C高温高湿条件下处理木材，溶解木材抽提物，使木材里的活性基团如羟基等减少，打通木材导道和纹孔，而又不会使木材的表面硬度和静曲强度降低得很大，并使木材拥有更出色的材色，而且此过程还可以显著消除干燥及炭化处理后板材内部形成的应力，大大减少了木材内部的干燥缺陷如内裂、表裂等，使得其后浸渍阻燃处理的木材出材率高。作为本发明技术方案的进一步优选，所述炭化热处理中采用连续式喷射雾化水方法降温，安全简单，不会引发着火，木材受热均勻，处理出来的木材材色表里均勻，木材出材率高，在快速降温后，木材的含水率很低，大约在1. 5% 3%，形成外高内低的木材含水率梯度，有利于其后阻燃剂的渗入。现有技术一般只能处理厚度小于5mm的薄型材，而本发明的阻燃处理方法不仅可以处理薄型材，而且可以处理厚度大于16mm的型材。经过本发明炭化工艺处理后的速生实木型材尺寸稳定性高、耐腐蚀性强，木材的闭塞导道和纹孔被打通，加上炭化后快速降温形成的外高内低的木材含水率梯度，有利于阻燃液渗透到木材内部，不易流失，有效解决了阻燃剂的易流失问题。作为本发明技术方案的一种优选，还包括在炭化热处理后进行四面刨光，即木材炭化热处理后，根据实际需要的板材尺寸，立即进行四面刨光处理成板材。作为本发明技术方案的一种优选，所述步骤C的常压浸渍阻燃处理，是在常压下、 温度为20°C 100°C的条件下，对炭化热处理后的木材立即直接浸渍到无机阻燃剂中，浸渍时间为2 72h。更优选地，所述的无机阻燃剂为质量浓度为7 25%的水溶性磷-氮-硼阻燃剂、 聚磷酸铵阻燃剂、聚磷酸铵-硼酸锌复合阻燃剂、磷酸胍阻燃剂或硼酸锆阻燃剂，这些阻燃剂可以从市面上购买，也可以自己配制。磷-氮-硼添加型无机阻燃剂为相互起协效作用的无机阻燃剂。经处理的木材既有良好的阻燃效果，吸湿性又大幅度降低。添加型阻燃剂主要是通过在木材中添加阻燃剂而发挥阻燃的作用，木材不与阻燃剂发生反应。当阻燃材遇火时，无机阻燃剂与木材形成的磷酸盐首先失水，在高温下，形成膨胀性焦炭层，隔热阻氧，聚合物形成许多P-N键，有利于阻燃材进行脱水反应，具有很好的阻燃性，还可以防止阻燃剂的流失，增强木材的力学性能。硼化合物作为一种无机阻燃剂，遇热产生水蒸气，本身膨胀形成覆盖层，起隔热、隔绝空气作用，能明显提高木材耐火性能。所述步骤C常压浸渍阻燃处理，是在常压下，温度为20°C 50°C条件下，对炭化热处理后的杨木等材质均勻、无明显早晚材的木材，立即直接浸渍到质量浓度为7 25%水溶性磷-氮-硼阻燃剂、聚磷酸铵(APP)、硼酸锌(ZB)复合阻燃剂、磷酸胍阻燃剂或硼酸锆阻燃剂；浸渍时间为12 32h，进一步优选为18 Mh。作为本发明技术方案的另一种优选，所述步骤C常压浸渍阻燃处理，是在常压下，温度为20°C 100°C条件下，对炭化热处理后的木材先浸渍到无机阻燃剂中2 72h，经干燥后使木材含水率小于15%，再浸渍到低分子树脂溶液中2 72h。浸渍到低分子树脂优选的浸渍时间为12 48h，进一步优选是18 32h。再次浸渍低分子树脂起到二次增强木材阻燃性能，同时能增加木材表面硬度。由于阻燃处理前已对木材进行了炭化热处理，具有防腐耐候性能，因此本发明选用的阻燃剂可以不具备防腐防霉性，从而可以选用成本低的阻燃剂，降低了生产成本。优选地，所述的低分子树脂溶液，可以是三聚氰胺、酚醛树脂、异氰酸酯、酚醛树脂改性的尿醛树脂或异氰酸改性的尿醛树脂等。更进一步优选，所述的酚醛树脂固含量为20 50 PH为6. 5 7. 5，相对黏度为 2. 5 4. 7。作为本发明技术方案的一种优选，还包括在阻燃步骤后进行平衡养生处理，是对浸渍阻燃剂得到的木材，整齐码垛好并在木材堆顶部按lt/m2的标准加压，在室内养生2 7天。本发明的目的之二是提供一种根据上述生产方法得到的阻燃实木型材。本发明得到的阻燃实木型材含水率为6. 0 10. 0%，表层2 6mm处充满阻燃剂， 型材具有阻燃性能，燃烧性能达到GB2(^86-2006规定的Bf1级以上。本发明还提供了根据上述生产方法得到的阻燃实木型材经开榫开槽、涂装得到的阻燃实木地板。综上所述，本发明具有以下有益效果
1、集合炭化热处理木材和阻燃处理木材的优点，克服其各自的缺点，使处理得到的实木型材、实木地板尺寸稳定性高，耐腐耐候性强，表层2 6mm处充满阻燃剂，阻燃效果好， 生产设备简单，生产成本低，木材出材率高；克服了炭化木热处理材不具有阻燃性的问题， 克服了现有阻燃处理常压技术条件下处理较厚木材时，阻燃剂不能很好地渗透入木材，而且经阻燃处理的木材在平衡、干燥过程中容易发生端裂、变形等以及不容易干燥的问题；经过本发明炭化工艺处理后的速生实木型材的闭塞导道和纹孔被打通，加上炭化后快速降温形成的外高内低的木材含水率梯度，有利于阻燃液渗透到木材内部，不易流失，有效解决了阻燃剂的易流失问题，使处理得到的木材材色美观、尺寸稳定性高；
2、本发明以速生材为原料，由于速生材质地较软，而炭化又会进一步降低其表面硬度， 通过本发明的技术方案，使速生材表面硬度提高，因而使速生材还具有表硬底软的优秀使用特性，改良后的速生实木型材可取代硬木，满足人们对木材品质要求，减少热带雨林砍伐，节约森林能源，成为制造家居用品的理想材料。
具体实施例方式实施例一
采用规格为4020 X 155 X 55mm南方松速生材，经气干和窑干联合干燥工艺，使木材的含水率为7. 0%。然后将木材整齐码垛并在木材堆顶部按lt/m2的标准加压钢板框浇混凝土压块，然后装入木材炭化设备中，迅速升温和加湿，温度升高到90°C，湿度加湿到相对湿度为80%，保持4h，然后采用阶梯式升温方法按照20°C /h的速度升温到135°C并保持4h，此时相对湿度为100%，然后再采用阶梯式升温方法，将温度按照15°C /h至200°C，并在最高
6温度下保持4h，结束后采用喷射雾化水方法让木材快速降温至炭化设备内温度小于120°C 时，停窑结束炭化，自然降温至60°C时立即出窑，炭化后的南方松板木材含水率为1.5%。 将炭化后的南方松板木材通过四面刨机床进行四面刨光，用锯机截断端头，得到规格为 4000 X 152 X 52mm的四面刨光松板坯料。在水泥池里配制有溶液浓度为15%的磷-氮-硼阻燃剂，其中，磷-氮-硼阻燃剂经配制而成，即采用质量百分比含量为75%的八硼酸二钠和25%的磷酸氢二铵混合配制而得。水泥池溶液温度为20°C，把南方松板材浸渍到池里，上面负压块使木材全面浸渍溶液中，浸渍10h。结束后取出来，按干燥时的方式用隔条堆垛好，上面负压块在室内养生5 天，然后进干燥窑干燥；待木材的含水率降低到15%以下后，移到另一水泥池中，该水泥池中装有异氰酸改性的尿醛树脂阻燃剂，所用的异氰酸脂改性尿醛树脂直接从太尔化工(上海)有限公司购买，将木材浸渍到固含量为30%的异氰酸改性的尿醛树脂溶液中18h，结束后取出，整齐码垛好并在木材堆顶部按lt/m2的标准加压钢板框浇混凝土压块，在室内养生2天。然后送进干燥窑进行干燥，干燥木材含水率为6. 0%，经表面砂光后得到规格为 4000 X 150 X 50mm的本发明阻燃实木型材。按GB 8624-2006建筑材料及其制品燃烧性能分级标准，对本发明阻燃实木型材、 炭化热处理木(即采用相同树种、规格尺寸的速生材，只进行炭化处理而未进行阻燃处理得到的木材)、普通阻燃木(即采用相同树种、规格尺寸的速生材，未经炭化处理，直接用于阻燃处理得到的木材)、普通木材(即采用相同树种、规格尺寸的速生材，未经炭化处理，也未经阻燃处理)进行燃烧性能比较，按GB/T 1941-2009木材硬度试验方法进行表面硬度的比较(见表1)。表1南方松各种实木型材理化性能指标
权利要求
1.阻燃实木型材的生产方法，依次包括步骤A.干燥木材；B.炭化热处理至175°C 205°C ；C.常压浸渍阻燃处理；D.干燥木材含水率为6.0 10. 0%。
2.根据权利要求1所述的阻燃实木型材的生产方法，其特征在于所述步骤A干燥木材含水率< 7. 0%。
3.根据权利要求1所述的阻燃实木型材的生产方法，其特征在于所述步骤B炭化热处理工艺，是将板材整齐码垛并在木材堆顶部加压钢板框浇混凝土压块，然后装入木材热处理设备中，迅速升温和加湿，温度升高到80°C 90°C，湿度加湿到相对湿度为70% 80%， 保持池 4h，然后采用阶梯式升温方法按照(10°C 20°C)/h的速度升温到125°C 135°C 并保持池 4h，阶梯式升温同时一直通水蒸气加湿，然后再采用阶梯式升温方法，将温度按照(8°C 15°C )/h的速度升温至175°C 205°C，并在最高温度下保持浊 4h，结束后采用喷射雾化水方法让木材快速降温至热处理设备内温度小于120°C时，停止加湿和喷雾化水，让木材自然降温至40°C 60°C时，木材移出设备，结束热处理。
4.根据权利要求1所述的阻燃实木型材的生产方法，其特征在于所述步骤C常压浸渍阻燃处理，是在常压下，温度为20°C 100°C条件下，对炭化热处理后的木材立即直接浸渍到无机阻燃剂中，浸渍时间为2 72h。
5.根据权利要求4所述的阻燃实木型材的生产方法，其特征在于所述的无机阻燃剂为质量浓度为7 25%的水溶性磷-氮-硼阻燃剂、聚磷酸铵阻燃剂、聚磷酸铵-硼酸锌复合阻燃剂、磷酸胍阻燃剂或硼酸锆阻燃剂。
6.根据权利要求1所述的阻燃实木型材的生产方法，其特征在于所述步骤C常压浸渍阻燃处理，是在常压下，温度为20°C 100°C条件下，对炭化热处理后的木材先浸渍到无机阻燃剂中2 72h，经干燥后使木材含水率小于15%，再浸渍到低分子树脂溶液中2 72h。
7.根据权利要求6所述的阻燃实木型材的生产方法，其特征在于所述的低分子树脂溶液为三聚氰胺、酚醛树脂、异氰酸酯、酚醛树脂改性的尿醛树脂或异氰酸改性的尿醛树脂。
8.根据权利要求7所述的阻燃实木型材的生产方法，其特征在于所述的酚醛树脂固含量为20 50%, PH为6. 5 7. 5，相对黏度为2. 5 4. 7。
9.根据权利要求1至8任一项权利要求所述的阻燃实木型材的生产方法制备的阻燃实木型材。
10.根据权利要求9所述的阻燃实木型材制备的阻燃实木地板，其特征在于将所述阻燃实木型材开榫开槽并涂装。
全文摘要
本发明涉及一种经木材热处理和阻燃处理工艺改良的阻燃实木型材、阻燃实木地板及其生产方法，属于木制品生产工艺技术。阻燃实木型材的生产方法，依次包括步骤A.干燥木材；B.炭化热处理至175℃～205℃；C.常压浸渍阻燃处理;D.干燥木材含水率为6.0～10.0%。该方法集合了炭化热处理木材和阻燃木材的优点，克服其各自的缺点，使处理得到的实木型材、实木地板尺寸稳定性高，耐腐耐候性强，表层2～6mm处充满阻燃剂，阻燃性能好，生产成本低。本发明还提供了所述阻燃实木型材的生产方法制备的实木型材及实木地板。
文档编号B27K5/00GK102555005SQ20101059335
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者于学利, 劳奕旻, 杜超, 涂登云, 潘成锋, 董昊, 郑峰峰 申请人:浙江林碳木业科技有限公司, 涂登云