专利名称：一种改善超高温热处理木材性能的方法
技术领域：
本发明属木材改性领域，具体是一种改善超高温热处理木材性能的方法。
背景技术：
木材以其独特的色、纹、质、香等特性受到人们的喜爱，在日常生活和生产建设中 得到广泛的应用。但是，木材作为一种生物质材料，容易被各种生物败坏因子侵害而自然降 解，降低其利用价值。为了延长木材的使用寿命，人们采取各种手段对木材进行处理，以增 强木材抵抗腐朽、虫蛀、长霉、变色等生物败坏因子的性能。当前最常用的处理方法是使用 特定配制的防腐剂，对木材进行处理，通过化学药剂的作用，阻止腐朽菌、霉菌、蛀虫、变色 菌等对木材的侵害。 随着对环保问题的重视，不使用防腐剂处理，而采用高温热处理方法对木材进行 改性的研究逐渐兴起，并日益广泛应用。热处理是以蒸汽、惰性气体、热油等作为介质，在 20(TC左右的高温条件下对木材进行处理，使木材的化学组分和物理性能发生变化，达到改 善其理化性能的效果。早期的木材热处理工艺探索始于美国，1930年至1950年间的研究发 现热处理可以有效降低木材的吸水性，改进木材的干縮湿涨性能，但是因处理后木材机械 强度降低太多而没有商业化。近年来，人们对热处理木材的性能和处理工艺做了深入的研 究，根据一些研究结果显示，热处理可显著改善木材的尺寸稳定性，与未处理木材相比，平 衡含水率大大降低，尺寸稳定性提高，耐腐朽性能明显改善，木材颜色变深，外观呈典雅的 深褐色，深受消费者欢迎。 目前，芬兰、荷兰、德国、法国等国家已有比较成熟的木材热处理工艺，分别采用水 蒸汽、惰性气体、油或水蒸气与惰性气体的混合气作为传热介质和保护介质，各个国家的处 理工艺方法各异，各有特点。在国内，自2005年起有少量的高温热处理木材生产，并有相关 的技术发明问世。2006年，顾炼百等人(CN 1868704A)公开了发明"木材炭化处理方法"。 同年，李贤军、刘永前(CN 100500401C)公开了发明"木材的高温水热处理方法"。之后，方 远进(CN101007412A)，鲍滨福等人(CN 101069972A)，周永东等人(CN101224593A)分别发 明了不同的木材热处理方法。 但是木材热处理后也有其自身的缺点，最显著的问题是木材力学强度的降低。人 们采用多种不同的工艺对各种木材进行热处理，处理后的研究结果显示，木材的力学性能 损失在20% 50%，处理温度越高、时间越长，力学性能的降低就越大，剧烈的处理条件甚 至使木材失去利用价值。但是，如果温度低、时间短，则不足以达到木材改性的效果。同时， 研究结果显示，热处理对提高木材的防虫、防霉性能没有改善，热处理后木材依然会被白 蚁、霉菌等严重侵害。 当前的研究集中在对热处理工艺进行改进，以取得较好的尺寸稳定性、耐久性，同 时尽量减少强度的损失。2007年，刘磊等人(CN101468479A)发明了一种热处理木材方法， 其特点是在热处理后期，将处理罐抽真空，通入硼酸三甲酯等，在80 12(TC条件下处理 40 70min，然后再通入水蒸气。据报道，使用这种热处理方法可提高木材的耐腐、防虫性
3能，并降低热处理造成的强度损失。但是此方法的处理工艺较复杂，所使用的药剂和工艺成 本较高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种改善超高温热处理木材性能的 方法，利用硼化物对木材热处理前进行前处理，从而避免或降低木材在高温热处理中的强 度损失，提高热处理木材的应用价值。 本发明采用前处理的方法，在热处理前使用安全环保的防腐、防虫剂——硼化物 对木材进行处理。将硼化物配制成水溶液，易于处理、成本低廉，药剂载药量易于控制。硼 化物在热处理时可对木材起到保护的作用，减缓半纤维素等的降解，从而降低热处理造成 的强度损失，并且硼化物的加入亦可弥补热处理木材不耐虫蛀的缺陷，拓展其应用领域。
本发明所采用的技术方案 —种改善超高温热处理木材性能的方法，是取硼化物配制成水溶液，然后用硼化 物水溶液对木材进行浸注处理，使硼化物在木材中的载药量为2. 8 12kg/m3并均匀分布， 将木材气干后再进行干燥和热处理，即可实现改善超高温热处理木材性能；所述用硼化物 水溶液对木材进行浸注处理的方式采用真空加压法，即将木材置于处理罐中，抽真空至真 空度-0. 06 0. 09MPa，保持10 30min ;然后将硼化物水溶液导入罐中，待硼化物水溶液 注满后，加压至0. 8 3. OMPa，保持0. 4 3h后卸压，并将硼化物水溶液全部排出；再次抽 真空至真空度-0. 02 0. 09MPa，保持10 60min后卸压，排出残余硼化物水溶液，取出木 材即可。 所述用硼化物水溶液对木材进行浸注处理的方式采用冷热槽法，即取可加热的两 个水槽，注入硼化物水溶液，加热热槽使硼化物水溶液温度升高至60 90°C ，冷槽温度控 制在5 4(TC间，将待处理木材置于热槽中，蒸煮1 3h，然后取出，迅速转移至冷槽浸泡 2 3h，然后取出木材即可。 所述硼化物是是硼砂、八硼酸钠、氟硼酸钠中的一种，或其与硼酸、五硼酸铵等的 混剂。 本发明工艺简单，成本低，利用硼化物对木材热处理前进行前处理，可对木材起到 保护的作用，减缓半纤维素等的降解，避免或降低木材在高温热处理中的强度损失，提高热 处理木材的应用价值。
具体实施例方式
为了更好地阐述本发明的技术特点，下面通过具体的实施例对本发明做进一步说 明。 实施例一 选取30年生橡胶木(Hevea brasiliensis)边材，加工成 640mmX60mmX30mm(LXRXT)的试件，气干后采取真空加压法进行浸注处理，药剂 为硼砂溶液，浓度2. 8 % 。浸注处理工艺为，前真空-O. 08MPa， 20min ;加压1. 2MPa， 40min ;后真空-O. 08MPa，10min。处理后气干一周。取同 一 株树边材，加工成 640mmX 60mmX 30mm (LX RX T)的试件作为对照。
将经过前处理的试件和对照组试件置于相同工艺条件下进行热处理。在本实施例 中，使用水蒸气做为传热介质和保护气。热处理温度19(TC，处理时间4h。热处理后进行调 湿，并使不同试件间含水率保持一致。 将热处理后的木材加工成300mmX20mmX20mm(LXRXT)的标准径弦向试件，参 照国家标准GB1936. 1-91木材抗弯强度试验方法和国家标准GB1936. 2_91木材抗弯弹性模 量测定方法，测试其力学性能。实验结果显示，未经任何处理的橡胶木素材抗弯弹性模量为 8455. 79MPa，抗弯强度为78. 95MPa。未经硼化物进行前处理的试件热处理后的抗弯弹性模 量为8152. 79MPa，抗弯强度为53. 59MPa。经硼化物进行前处理的试件热处理后的抗弯弹性 模量为10181. 36MPa，抗弯强度为69. 26MPa。实验结果表明，经硼化物进行前处理后，热处 理过程中木材的强度损失明显减小。 采用硼化物进行浸注处理可以有效降低热处理过程中木材的强度损失。本实施例 以橡胶木为例，但不限于橡胶木，本技术发明在桦木、樟子松等多种木材上均可应用。
权利要求
一种改善超高温热处理木材性能的方法，其特征是取硼化物配制成水溶液，然后用硼化物水溶液对木材进行浸注处理，使硼化物在木材中的载药量为2.8～12kg/m3，将木材气干后再进行干燥和热处理，即可实现改善超高温热处理木材性能；所述用硼化物水溶液对木材进行浸注处理的方式采用真空加压法，即将待木材置于处理罐中，抽真空至真空度-0.06～0.09MPa，保持10～30min，然后将硼化物水溶液导入罐中，待硼化物水溶液注满后，加压至0.8～3.0MPa，保持0.4～3h后卸压，并将硼化物水溶液全部排出，再次抽真空至真空度-0.02～0.09MPa，保持10～60min后卸压，排出残余硼化物水溶液，取出木材即可。
2. 根据权利要求1所述的改善超高温热处理木材性能的方法，其特征在于所述用硼 化物水溶液对木材进行浸注处理的方式采用冷热槽法，即取可加热的两个水槽，注入硼化 物水溶液，加热热槽使硼化物水溶液温度升高至60 9(TC，冷槽温度控制在5 4(TC间， 将待处理木材置于热槽中，蒸煮1 3h，然后取出，迅速转移至冷槽浸泡2 3h，然后取出 木材即可。
3. 根据权利要求1所述的改善超高温热处理木材性能的方法，其特征在于所述硼化 物是硼砂、八硼酸钠、氟硼酸钠中的一种，或其与硼酸、五硼酸铵的混剂。
全文摘要
本发明属木材改性领域，具体是一种改善超高温热处理木材性能的方法，是取硼化物配制成水溶液，然后用硼化物水溶液对木材进行浸注处理，使硼化物在木材中的载药量为2.8～12kg/m3，将木材气干后再进行干燥和热处理，即可实现改善超高温热处理木材性能。本发明工艺简单，成本低，利用硼化物对木材热处理前进行前处理，可对木材起到保护的作用，减缓半纤维素等的降解，避免或降低木材在高温热处理中的强度损失，亦可弥补热处理木材不耐虫蛀的缺陷，提高热处理木材的应用价值。
文档编号B27K3/12GK101774195SQ20091021515
公开日2010年7月14日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者安锋, 李家宁, 李晓文, 李民, 林位夫, 秦韶山, 罗微, 谢贵水, 黄华孙 申请人:中国热带农业科学院橡胶研究所