专利名称：木材改性方法
技术领域：
本发明涉及一种木材改性方法，特别是涉及一种用于低密度木材改性的方法。
背景技术：
木材改性技术包括木材塑合、木材浸渍、木材乙酰化、木材热处理、木材压缩和弯曲、木材漂白和染色以及其他改性技术。木材塑合是指向木材中注入不饱和烯烃类单体或低聚物、预聚体后，利用射线照射或自由基引发剂一热引发手段提供能量，使其在木材内聚合固化的技术。制得的材料称为塑合木，不仅保留了木材天然的优良性能，而且可改善材质缺陷，其尺寸稳定、硬度、耐磨、耐腐蚀、耐虫蚁等性能都大幅提高，有些能够达到甚至超过天然珍贵木材。此外，还可以进行着色处理和赋予阻燃功能。塑合木可以用于生产地板、家具、运动器材、工艺品、乐器等产品。木材塑合工艺分为浸注和固化2个阶段。浸注阶段一般采用真空加压处理，浸注液通常选用苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯、丙烯腈等乙烯类单体，以及不饱和聚酯、丙烯类低聚体。固化阶段可采用加热或射线照射聚合固化。采用加热聚合固化时，应按一定比例加入适当的引发剂；采用射线照射聚合固化时，辐照剂量和时间应随处理样品的树种、尺寸和形状，以及单体、剂量率而变化。塑合木问世于20世纪60年代初，此后许多国家纷纷开展研究。我国也在1965年就开始对塑合木进行研究，中国林科院木材工业研究所、北京大学、北京市光华木材厂、上海原子能研究所及上海科技大学等单位，先后进行了热引发法和射线辐射法制备塑合木的研究。江西科学院应用化学研究所成功研制了适合我国国情的塑合木生产工艺，并在工厂试生产。70年代初，塑合木产品被推向市场而加以应用。美国、日本、西欧等工业发达国家，已将塑合木应用到汽车、兵器、体育器材、建筑、 家具等行业。而我国仅有上海艺术雕刻四厂、北京民族乐器厂早期进行过塑合木的小批量商品生产，但到目前为止，塑合木还未真正在我国市场上得到应用。木材浸渍是指将木材浸泡在水溶性低分子量树脂溶液中，树脂通过扩散进入木材细胞壁，而使木材增容，然后经干燥除去水分，最后加热使树脂固化的木材改性技术。浸渍木主要用于制作刀、枪的手柄和笔托，以及对强度、耐磨性、耐化学腐蚀等性能要求较高的领域。木材浸渍工艺也分为浸注和干燥固化2个阶段浸注阶段一般采用真空加压处理，浸注液通常选用酚醛树脂、脲醛树脂、糠醇树脂、间苯二酚树脂等；干燥固化阶段一般采用加热固化的方式。早在20世纪40年代，美国林产品研究所就研究了使用低分子量酚醛树脂浸渍单板、生产浸渍木的技术，但浸渍木真正形成商品是在1987年。目前，世界生产浸渍木的公司主要有美国Fibron和C K Composites、英国Permali和巴基斯坦DylTlOnwood公司等。我国浸渍木的技术开发仅停留在研究阶段，主要集中在使用低分子量的酚醛树脂浸渍杨木、杉木等速生材和低档木材，也有研究使用改性脲醛树脂改性木材。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。乙酰化木材具有密度均勻、表面平整、尺寸稳定性高、耐腐性强、热延展性低、不增加毒性、木材本身强度不降低等优点。木材乙酰化处理一般分为液相法、气相法和综合法。传统的木材乙酰化处理药剂分为乙酰剂和催化剂，现在多直接使用乙酸酐进行生产。此外，还可以使用乙酰化和热处理联合作用，或者先乙酰化再交联处理。木材乙酰化技术研究一直是木材改性技术领域最为活跃的研究课题之一。20世纪20年代末就有了木粉和锯屑被乙酰化的报道，而实木乙酰化的研究始于40年代。随后，美国、日本等相继开始了木材乙酰化的技术研究及应用研究。目前乙酰化木材已经实现了商品化。由于乙酰化木材成本较高，主要用于制作高附加值产品，乙酰化实木的首推应用领域为室外平台(甲板)，乙酰化纤维则可用于制造锥形挤压成型聚丙烯热塑复合材料。木材热处理是指在保护气体环境或液体介质中，在160 250°C温度范围内，对木材进行处理的一种环保型技术，可以改善木材的尺寸稳定性、耐久性和颜色。热处理木材通常称为炭化木或物理木，可用于家具、镶木地板、门窗、预制墙体、桑拿房、厨房等诸多领域。按照所使用的加热介质不同，木材热处理工艺主要有3种气相介质加热法、水热法和油热法。目前国外木材热处理技术的商业应用主要集中在荷兰、法国、德国和芬兰等国，这些国家已经开发了 5种典型的木材热处理工艺荷兰的Plato工艺，法国的Retification 和LesBois工艺，德国的热油处理工艺和芬兰的Thermo Wood工艺。我国的木材热处理工业目前尚存在很多问题如没有形成完善的热处理工艺；相关配套技术亦不成熟；缺乏专门的热处理设备，大部分使用的是传统窑式干燥方式；产品存在质量缺陷，如树节脱落、表裂和内裂、色差大等。木材的压缩和弯曲是借湿热或其他方法，先将木材塑化，然后通过热压处理，制得质地坚硬、密度高和强度大或弯曲形状木制品的技术。压缩木极大地提高了木材的表面物理性能、强度以及加工性能，并且使材质更加均勻。经压缩处理的软质人工林木材，可以代替普通硬质甚至高档阔叶树材，如黑檀等，用于制作室内楼梯扶手、门窗框、横木、家具腿、 框架、工艺品、装饰家具、工具柄、图章等产品。木材压缩和弯曲的工艺分为软化(或塑化)和热压处理2个阶段。木材软化可采用尿素、氨水、气体氨及氢氧化钠等试剂进行化学处理，也可直接采用汽蒸、高频和微波等物理处理。软化后的木材在热压机或曲木机上，经热压干燥、冷却成型。木材压缩技术具有长久的研究历史。早在20世纪30年代，在欧美军用飞机上就使用了压缩木，以防雷达探测；40年代，日本京都大学也因同样的目的，采用高温加压方式，生产出山毛榉、桦木强化木材；50年代国内外都有工业产品问世；80年代以后加快了对压缩木的研究。实木压缩弯曲技术用于家具制造，是丹麦于90年代推出的最新技术，可把木材弯曲成需要的形状，为家具造型的多样化开拓了新的领域，木材利用率进一步提尚。木材漂白是指用化学方法，使木材色泽变浅或褪色的技术；木材染色是采用物理或化学方法，改变木材颜色及防止木材变色的技术，二者均是提高普通或低质木材的装饰性和附加值的有效方法。特别是人工林木材，通过漂白、染色、模拟木纹等技术加工，可以消除心边材、早晚材和涡旋纹之间的色差，或模拟珍贵树种木材的装饰效果。近十几年来，木质材料的漂白、染色技术备受重视，工艺研究不断推进。有机染料在木材加工领域的使用， 起源于1913年苯胺紫被用于立木染色。60年代以来，日本在木材漂白和染色领域做了大量的研究工作；德国、意大利等也开发出了工业化木材染色专利技术，其产品在我国已有销
佳口。80年代末，我国开始对木材漂白和染色技术进行探索，主要应用于薄木染色和以科技木为代表的重组装饰材和重组装饰单板制造，产品畅销国内外。对厚度较大的实木染色，由于存在常规条件下难以均勻染透的问题，相关技术目前仍然处于探索阶段。微波处理木材也是一种较为先进的木材改性方法。微波处理后的木材，其材性发生了改变，表现在木材密度增大、干燥速度加快、弦径向干缩率之比增大等。木材液化是将固态的木材转化为新的高分子材料的一种改性方式，是近年来木材综合利用技术新开辟的研究领域之一。液化后的木材可以制成各种高附加值的产品。随着对木材基本物化性能研究的逐步深入，木材改性技术也有了进一步的拓展。如改性后的木质导电材料，赋予木材新的导电性和体积电阻率；木材陶瓷化，使其具有更好的硬度、耐磨性及远红外放射和吸收性。目前专利文献报道的相关技术有，公开号为CN101352860A的专利申请公开了一种“合成树脂浸渍木材改性的工艺方法”先制备浸渍液，然后将木材放入高压釜中密闭抽真空浸渍，最后在烘箱内加热固化，此工艺加工较简单，很难增强低密度的木材的密度，并且浸渍液中含有甲醛，对人体有害，不符合环保的要求。公开号为CN102085679A的专利申请公开了“一种木材改性液及其制备方法和应用”，该木材改性液包括低分子量酚醛树脂、助剂和水，使用该改性液对木材改性后能解决木材易开裂、变形等天然缺陷，还能使木材具有阻燃、防虫、防腐等性能，但该改性剂在增强低密度木材的密度、强度和尺寸稳定性等方面的作用有限。公开号为CN1935475A的专利申请公开了一种“改性木材及其生产工艺”，该工艺采用真空装置将改性溶胶充满于原木基材的蜂窝结构中，并被固化，与原木基材的纤维结合为一体，该工艺可大幅度延长木材的使用寿命，但并没有公开改性溶胶的具体成分和得到的改性木材在密度、强度和尺寸稳定性方面的性能优势。我国现有成林的人工林面积为0. M亿公顷，蓄积量已经超过15亿立方米，人工林木材的改性已越来越重要。还有一部分品质较差的树种，例如北方的落叶松、樟子松、桦木等，南方的马尾松、木棉等，没有得到高效地利用。因此，未来我国木材改性的重点仍是低档木材的高档化即提高低密度木材的密度、强度和尺寸稳定性，提高木材的利用率，延长木材的使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能显著提高低密度木材密度、强度和尺寸稳定性的木材改性方法，并且该方法还可提高木材的防腐和装饰性能。为达上述目的，本发明一种木材改性方法，包括以下步骤(1)将木材进行抽吸处理，抽吸时间为4小时以上，优选4-6小时，压力为 2400-2600Pa，优选 2500Pa ；(2)将抽吸处理后的木材浸渍到增重剂中进行增重处理，处理时间1-2小时，压力彡 1. 2MPa，优选 1. 2-1. 5MPa ；(3)将增重剂排空后抽真空0. 5-1小时，之后将木材浸渍到浸渍剂中进行浸渍处理，处理时间6-8小时，压力彡1. OMPa，优选1. 0-1. 5MPa ；(4)将浸渍液排空后抽真空0. 5-1小时，浸渍处理后的木材送至木材干燥窑干燥处理，木材干燥窑内温度为80-90°C，时间为95-120小时；(5)干燥后的木材在热压机上进行热固压缩处理，压力为9-llMPa，温度为
5180-200 "C。本发明一种木材改性方法，适用于对所有种类木材的改性处理，其中优选木材为低密度木材，如杨木、松木、桦木等。本发明一种木材改性方法，其中优选所述抽吸处理后木材的含水率在观-32% ；增重处理后木材的增重量为30-35% ；浸渍处理后木材的增重量为15-20% ；干燥处理后木材的含水率为15-18% ；热固压缩处理后木材的增重量为15-20%、木材的含水率< 12%。本发明一种木材改性方法，其中所述木材干燥窑为本领域常规的用于干燥木材的干燥窑，一般木材干燥的数据是公知的，但是鉴于本发明被干燥的改性木材含热固性树脂而又要避免其聚合固化会对后续的热压工艺带来不便，所以，本发明优选大风量干燥，大风量的实现就是简单增加风机数量，对于一个30m3的干燥窑，比普通的同等处理量的干燥窑，增加了一倍的风机，有原来的2台Φ800风机增加到了 4台(单机最大风量为31000m3/ hr)，其中2台固定，2台自动控制，以期控制木材脱水的速率，防止在干燥过程不均勻所可能导致的木材变形。干燥以后木材的含水率在15-18%。本发明一种木材改性方法，其中所述抽吸、增重和浸渍处理是在真空压力罐中进行。所述抽吸的目的是抽除木材中的大部分的游离水(主要存在于木材细胞腔和细胞间隙之间)和木材中的小部分的吸附水(主要存在于木材细胞壁内)及木材纤维中游离的一些羟基物质(降低木材的亲水性)，降低木材的含水率以及有利于下一步的增重处理。本发明一种木材改性方法，其中所述增重剂可为本领域常规的增重剂，优选水玻
^^ ο本发明一种木材改性方法，其中所述浸渍剂可为本领域常用的起增重、阻燃、防止尺寸变形等作用的浸渍剂，本发明优选的浸渍剂包括下列重量份的组分，热固性树脂100 份，水溶性天然有机物10-20份，水性防水剂3-5份，阻燃剂0. 5-1份，表面活性剂1-2份， 其中更优选为包括下列重量份的组分，脲醛树脂100份，超细玉米粉10-20份，乳化石蜡 3-5份，硼酸0. 5-1份，烷基苯磺酸盐1-2份，其中脲醛树脂优选为三聚氰胺改性脲醛树脂， 尿素、甲醛和三聚氰胺按摩尔比1 (1.10-1.20) (0.04-0.06)配比，在弱酸条件下(PH 值为4. 5)分4次进行加成反应，生成一羟基脲，二羟基脲、三羟基脲和少量toon环状结构物质，然后在弱酸条件下(PH值为6.0)轻度聚合而成的低分子量三聚氰胺改性脲醛树脂， 得到的三聚氰胺改性脲醛树脂的数均分子量为90-160，加成反应的温度是40-90°C，聚合反应的温度是80-85°C，加成反应阶段反应时间为120-150分钟，聚合反应阶段反应时间为 30-40分钟。本发明优选的增重剂为水玻璃为水溶性的，优选的浸渍剂的各组分均为水溶性的，增重剂和浸渍剂的相互混合融合性好，在提高木材的比重、防水、防变形和阻燃性能上的各自作用相互补充，协同作用，相得益彰，使改性后木材的密度和强度大幅度提高，同时改性木材的防水性能和阻燃性能也得到增强。本发明方法所用的浸渍剂还可含有染色剂和防腐剂，所述染色剂是优选碱性染料，用量视需模仿的高端木材的颜色而定，加入量差距较大，一般在每立方米木材用染料在 0. 5-2kg之间，所述防腐剂的用量为浸渍液重量的5-8%。本发明一种木材改性方法，其中还包括将热固压缩处理后的木材进行表面刨切处理，即得成品。
本发明的木材改性方法，包括抽吸、增重、浸渍、热压等步骤，将抽吸、增重等物理改性技术和木材中纤维素的羟基酯化、半纤维素的降解糖化等化学改性技术以及木素的热塑融合(热压变形处理产生的效果)、树脂的接枝共聚(浸渍处理和热压变形处理的共同效果)等机械改性技术三者有机结合，使得改性后的木材具备高档木材所具有的高密度、 高强度等性能，还具备了超过高档木材的较好的尺寸稳定性，同时相比高档木材还具有成本低的特点。本发明所用的浸渍剂优选包括下列重量份的组分，热固性树脂100份，水溶性天然有机物10-20份，水性防水剂3-5份，阻燃剂0. 5-1份，表面活性剂1-2份，其中更优选为包括下列重量份的组分，脲醛树脂100份，超细玉米粉10-20份，乳化石蜡3-5份，硼酸 0. 5-1份，烷基苯磺酸盐1-2份，其中脲醛树脂优选为三聚氰胺改性的脲醛树脂，使改性后的木材与现有技术改性的木材相比，密度和强度大幅度提高，同时改性木材的防水性能和阻燃性能也得到增强。
图1为本发明一种木材改性方法的工艺流程图。
具体实施例方式以下结合附图、实施例和试验数据，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。实施例1，如图1所示流程，本发明一种木材改性方法，将基础含水率51. 3%的低密度木材杨木制成尺寸1300*13(^28mm的板坯后装上小车，送入真空压力罐进行抽吸处理，真空压力罐中压力分别设定为2500I^、5000Pa，抽吸时间分别为1、2、3、4、5小时，用 ST-85型数字木材水分测定仪测量木材的含水率，如表1所示表1不同抽吸时间和压力条件下，木材的含水率和吸胀率
权利要求
1.一种木材改性方法，其特征在于包括以下步骤(1)将木材进行抽吸处理，抽吸时间为4小时以上，压力为2400-26001 ；(2)将抽吸处理后的木材浸渍到增重剂中进行增重处理，处理时间1-2小时，压力彡 1. 2MPa ；(3)将增重剂排空后抽真空0.5-1小时，之后将木材浸渍到浸渍剂中进行浸渍处理，处理时间6-8小时，压力彡1. OMPa ；(4)将浸渍液排空后抽真空0.5-1小时，浸渍处理后的木材送至木材干燥窑干燥处理， 木材干燥窑内温度为80-90°C，时间为95-120小时；(5)干燥后的木材在热压机上进行热固压缩处理，压力为9-llMPa，温度为180-200°C。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述木材为低密度木材。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述抽吸、增重和浸渍处理是在真空压力罐中进行。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述增重剂为水玻璃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述浸渍剂包括下列重量份的组分，热固性树脂100份，水溶性天然有机物10-20份，水性防水剂3-5份，阻燃剂0. 5-1份，表面活性剂1-2份。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述浸渍剂包括下列重量份的组分，脲醛树脂100份，玉米粉10-20份，乳化石蜡3-5份，硼酸0. 5-1份，烷基苯磺酸盐1_2份。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述脲醛树脂为三聚氰胺改性的脲醛树脂，其制备方法为尿素、甲醛和三聚氰胺按摩尔比1 (1.10-1.20) (0.04-0.06)配比， 在酸性条件下加成反应成一羟基尿，二羟基尿，三羟基尿和少量toxm环状结构物质，然后在弱酸条件下聚合而成，三聚氰胺改性脲醛树脂的数均分子量为90-160，加成反应的温度是40-90°C，聚合反应的温度是80-85°C，其中优选所述酸性条件的PH值为4. 5，优选所述弱酸条件的PH值为5. 5-6.5。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于所述浸渍剂还包含有染色剂和防腐剂。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述抽吸处理的时间为4-6小时，压力为 2500Pa，所述增重处理的压力为1. 2-1. 5MPa，所述浸渍处理的压力为1. 0-1. 5MPa。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述抽吸处理后木材的含水率在观-32%，增重处理后木材的增重量为30-35%，浸渍处理后木材的增重量为15-20%，干燥处理后木材的含水率为15-18%，热固压缩处理后木材的含水率< 12%、木材的增重量为 15-20%。
全文摘要
本发明涉及一种用于低密度木材改性的方法，包括将木材进行抽吸、增重、浸渍、干燥和热固压缩处理；抽吸处理后木材的含水率在28-32％，增重处理后木材的增重量为30-35％，浸渍处理后木材的增重量为15-20％，干燥处理后木材的含水率为15-18％；浸渍剂包括下列重量份的组分，热固性树脂100份，水溶性天然有机物10-20份，水性防水剂3-5份，阻燃剂0.5-1份，表面活性剂1-2份；本发明改性方法将物理改性技术和化学改性技术以及热压变形的机械改性技术三者有机结合，使得改性后的木材具备高档木材所具有的高密度、高强度等性能，还具备了超过高档木材的较好的尺寸稳定性，同时相比高档木材还具有成本低的特点。
文档编号B27K3/50GK102398289SQ201110335969
公开日2012年4月4日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者夏国华 申请人:夏国华