专利名称：将处理液注入木材和多孔无机材料的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及将诸如树脂的处理液注入木材和石材的方法和装置。更确切地说，本发明涉及注入处理液的方法，以提高木材的防腐性、防虫性、防蚁性、防霉性、防火性、形稳性以及增加强度，以及提高石材的耐酸性。本发明还涉及破坏薄壁组织射髓细胞壁和吸气纹孔对的方法。
迄今为止，使用了种种将处理液注入木材的方法，以提高木材的防火性、防腐性、防虫性、形稳性以及增加强度。
通过在短时间内加压至一特定压力值并将此压力保持一长段时间，从而将处理液注入木材。在此种情况下，不管木材种类如何，注入处理液所使用的压力一般不得超过15kg/cm2，因为超过此值将造成木材变形，比方说翘曲、弯曲或变薄。
近年来，由酸雨引起的石制建筑的损坏成了欧洲的一大问题。人们采取了种种措施保护石材免遭酸雨侵蚀，比方说在石材中注入处理液，和利用石材本身的特性，例如大理石中和落到其表面的酸水的特性。
木材一般由许多细胞群构成，如图8所示。各细胞间是由壁体纹孔对1所组成的一种结构，这些纹孔对四处散布形成壁孔2，如图9所示。壁孔2的中心处为超弹性部分，称为纹孔塞3。纹孔塞3四周是薄薄的网状物(margo)。在具有这类结构的木材中，在将该木材加工成为芯木之类的过程中，壁孔的壁被拉向孔的开口之一，从而纹孔塞3将孔的开口堵塞。这种状态下的木材被称为形成吸气纹孔对。在木材形成吸气纹孔对时，纹孔塞3堵住壁孔2。芯木及树皮下的白木质的壁孔也为纹孔塞所堵塞。因此，为使处理液渗透到木材各处，必须破坏堵塞住吸气纹孔对壁孔开口的纹孔塞3或破坏细胞壁本身，使得处理液能渗入相邻细胞。
为了破坏纹孔塞3一直达到材料中心处，使用常规的处理液注入法就需要加压至30kg/cm2。然而，按上述的做法，加压至15kg/cm2或更大些，木材已经发生变形。因而不得不在不致引起木材变形的低压下进行注入。这样的压力无法充分破坏纹孔塞3，无法把足量的处理液注入到木材内部。
另一方面，特别是对于阔叶树，加到木材上的压力至一预定值。因此，诸如侵填体之类的杂质在导管中造成堵塞，从而很难将处理液注入到木材深处。
此外，由于处理液只加于石材的表面，并由于石材本身的性质，石材只是其表面受到保护。随着石材长时期地受到酸雨的侵蚀，它的抗酸性减弱，造成抵御酸雨所采取措施的失效。因此，酸雨渗入到石材内部，从内部把石材吃空，使石材内部成为粉状。
本发明旨在克服上述问题，为把处理液注入木材和多孔无机材料从而使其渗入到它们的内部提供一种方法和装置，同时又不造成木材、石材和其它被处理材料的变形。本发明的另一个目的是提供一种破坏薄壁组织射髓细胞壁和吸气纹孔对的方法。
上述目的由用了与本发明有关的把处理液注入木材和多孔无机材料的方法达到了，这是一种注入诸如树脂之类的处理液的方法。该方法包括下列几步初加压，此时以不致造成变形的予定压力值在被处理材料上加压并保持一予定时间；预加压，即压上正压力下保持一予定时间后，逐渐增加材料的压力直到最终压力，在每一步加压时，将此压力保持一予定时间；注入处理液，此时，以予定的注入处理液的压力将其注入被处理材料。
此种处理液注入法最适用于将诸如树脂之类的处理液注入针叶树。该方法包括下列几步减压，此时减少被处理材料的压力，以清除其中的气体；初加压，此时以不引起被处理材料变形的低压对其加压并保持一予定时间；预加压，即在上述压力之下保持一予定时间后，逐步增压直到最终压力，并在每一次增压时，将此压力保持一予定时间；注入处理液，此时以予定的注入压力将处理液注入被处理材料。
处理液注入法也可用作把诸如树脂之类的处理液注入阔叶树的方法。该方法可以包括如下几步减压，此时，减少被处理材料上的压力，所用时间要比针叶树长，以排去其中的气体；初加压，此时在阔叶树上加低压，使其不变形，并保持较之针叶树更长的时间，预加压，即在上述压力下保持指定时间后，逐步对材料增压，每次增压以一定压力保持一予定时间；以及注入处理液，此时以预定的处理液注入压力注入处理液。
处理液注入法还可作为将诸如树脂之类的处理液注入石材的方法。该方法可包括如下步骤减压，此时降低石材的压力，所用时间要比木材长，以清除其中的气体；初加压，对石材加不致引起变形的低压，时间要比木材长；预加压；即在以上述压力保持一予定时间后，将石材上的压力加至最终压力；注入处理液，即以预定的处理液注入压力将处理液注入被处理材料。
按照与本发明有关的处理液注入法，根据所处理材料的类型及其内部结构，改变减压时间或加压时间或加压条件，即能有效地将处理液注入木材原料直至木芯处，而用常规方法是难于做到这一点的；而且能有效地注入足量处理液至石材中心部位，而用常规方法并不对石材进行注入。
因此，木材大大提高了防腐性、防虫性、防蚁性和防霉性，从而增加了木材的寿命。而且，将处理液注入中心处并使其无法渗漏，可保证木材长时间的不发生断裂，从而提高其形稳性。此外，使用防火处理液将其注遍中心处，使用本方法处理的木材具有很好的防火性和形稳性，它们就能用于种种场合。而且，木材寿命的增加有助于止住对热带林木的无计划砍伐，而这是近年来的一大问题，因此从森林保护的观点来看，本方法也是极其有用的。
石材也能被保护免遭酸雨侵蚀，从而它的特性不致恶化。建筑物外墙可被保护免遭酸雨的损害，而酸雨在那里有许多石制建筑的地区，诸如西欧，是一大问题。换言之，按照本发明，将无必要禁止建筑物外墙使用大理石和其它石材。本发明不但防止了石料发生损坏，而且对保存一个国家的文化以及对环境保护来说，也是极其有用的。
本发明还为把处理液注入木材和多孔无机材料提供了一种装置。该装置包括一储存和密封被处理材料的压力容器、一个用处理液对上述压力容器加压的液体加压容器、一与上述压力容器相连的除压罐，在其上施加与压力容器压力相同的压力、以及一个与除压罐相连的除压阀，打开和关闭该除压阀通过除压罐逐渐除去压力容器中的压力。
该装置在除压过程中防止空气膨胀造成材料的破坏，可使处理液注入材料深部。
本发明还提供了一种破坏薄壁组织射髓细胞壁和吸气纹孔的方法。此方法包括下列步骤；减压，即通过减压除去被处理材料中的气体；初加压，即以不造成被处理材料变形的压力对其施加一予定压力并在此压力下保持一予定时间；预加压，即在完成上述步骤后，逐步增压至最终压力，并在每次增压时，将该压力保持一予定时间。
这样就能破坏木材中直到深部的纹孔塞，从而能使用本方法将处理液注入材料深部。
图1为本发明的处理液注入法应用于针叶树的减压图和加压图；图2为本发明的处理液注入法应用于阔叶树的减压图和加压图；图3为本发明的处理液注入法应用于石材的减压图和加压图；图4为针叶树的内部结构图；图5为针叶树的内部结构图；图6为木材经用本发明的方法和常规方法注入处理液后的状况的剖面图；图7为实施本发明的方法的装置的装配方框图；图8为用来显示木材结构的放大剖视图；图9为木材结构中壁孔的剖面图。
下面将参照附图对本发明的处理液注入法的实施方案加以阐述。
图1表示出在本发明的第一种实施方案中使用本方法把处理液注入针叶树的减压和加压图。图4和图5都图示了针叶树的结构。图6对木材经用本方法和常规方法注入处理液后的状况进行了比较。图7为实现本方法的处理装置的装配方框图。
针叶树的结构一般如图4和图5所示。因此，必须破坏掉薄壁组织射髓细胞壁和吸气纹孔对才能将处理液注入深处。在本发明方法中，压力量从低压开始逐步加于被处理材料之上的，从而将木材内外的压差保持在足以破坏纹孔塞3、但又不致于使木材变形的范围内。所有的纹孔塞3逐渐从外到内部深处被破坏，从而使注入的处理液充分渗透到木材的深部。
首先，最外部的薄壁组织射髓细胞壁和吸气纹孔对受到破坏，然后使得管胞21a处的压力与外界压力相等。随着纹孔塞从外至木芯不断被破坏，使管胞21b、21c处的压力与外界压力相等。此时，压力是通过非常狭小的空隙或小孔传导的。因此，必须加大压力以提高效率，但一下子增压会造成材料变薄或变形。因此，在本发明中，压力是逐步不断提高的，从而防止材料变薄或变形。
在本发明的减压步骤中，被处理材料11封存在图7所示装置的压力容器12中，然后如图1所示，用减压真空泵13将材料上的压力暂时降至760mmHg，并使材料在此压力下保持约20分钟，以尽可能多地除去材料中的空气。接下去是加压。在初加压步骤，用气体加压压缩机14将2Kg/cm2的压力加到材料上。此时，根据巴斯卡定律，压力容器12中的材料的所有部分都受到相同的压力。材料在此压力下保持20分钟。2Kg/cm2的压力足以破坏掉所有的纹孔塞3和类似的结构。因此，虽然材料保持在此压力之下时并非所有的薄壁组织射髓细胞壁和吸气纹孔对受到破坏，但其中的一部分受到了破坏，从而使压力能传导至中心部位。在此较低压力下，木材本身不会变形。
下一步是预加压。如图1所示，压力是从初加压的2Kg/cm2逐步增压至最终压力。在本实施方案中，压力增至8Kg/cm2、15Kg/cm2和25Kg/cm2。
压力先增至8Kg/cm2。由于初加压时已加压2Kg/cm2，在压力增至8Kg/cm2时木材内外的相对压力差因此为6Kg/cm2。不管木材的种类如何，受到2-5Kg/cm2的压力时，纹孔塞3一般都会被破坏。因此，在预加压的第一阶段，大量吸气纹孔对、主要是木材外围处的吸气纹孔对被破坏。材料在8Kg/cm2压力下保持约10分钟。因此，与上述相同的方式，压力通过被破坏的薄壁组织射髓细胞壁和吸气纹孔对得以传导，使木材深处也受到8Kg/cm2的压力。
在预加压步骤中，压力在适当时候进一步提高，而在每一加压阶段，都将一定压力保持一定时间。也即，在这里，压力进一步增至15Kg/cm2，保持10分钟，再增至25Kg/cm2，保持20分钟，直到最终加压阶段。每一阶段中的内外相对压力差不断破坏薄壁组织射髓细胞壁和吸气纹孔对。
如上所述，木材通常在受到15Kg/cm2的压力时会变形。但木材的变形是由于从无压力一下子加压到15Kg/cm2压力所形成的压力差突然上升造成的。因此，若如本发明这样逐步增加木材压力，即使最终压力超过15Kg/cm2，也不致于引起木材变形。
在本发明中，在每一阶段，压力保持一定时间，从而使木材内部也受到该阶段所加的压力。因此，即使加上比方说25kg/cm2的压力，在加压过程中的压力增加仅仅是木材内外的相对压力差。也即，木材所受到的压力仅为10Kg/cm2(25Kg/cm2减去先前的压力15Kg/cm2)，不会造成变形。
因此，按照本发明，逐步实现的预加压使得吸气纹孔对之类一直破坏到木材深处，而又不造成木材本身的变形。
在各加压阶段，最好在将压力加至15Kg/cm2的头几个阶段中，把材料在一定压力下保持10分钟以上的较长时间，其后加压时间可稍短。
每一阶段的压力和压力差以及在一定压力下材料所保持的一定时间的数值自然随着木材的种类和大小的不同而不同。例如，在需要高压破坏纹孔对3时，压力差就得大；在需要时间使木材深部达到一定压力时，木材就得在此压力下保持较长的时间。
预加压之后是注入处理液。此时使用液体加压泵15将处理液注入材料并在一定压力下使处理液渗遍材料。在这里，根据享利定律，存留在管胞21处的木材中的气体在所加压力之下会渗入处理液中。
材料可在与预加压步骤中的最终压力相同的压力下予以处理，或者也可在不同的压力下予以处理。在本方法中，由于薄壁组织射髓细胞壁和吸气纹孔对已被破坏到木材深处，预加压已能使处理液轻易地渗入木材深处。因此，材料能以低于常规注入处理液的压力的压力下予以处理。
在所加压力之下注入处理液后，必须除去材料所受的压力。此时，根据享利定律，突然除去压力会引起渗入在处理液中的气体的迅速膨胀，从而破坏材料本身。因此，在本实施方案中，在处理装置中专门安装了除压罐18，在此除压罐预先加上压力以消除与压力容器12中压力之间的压力差。压力从除压罐通过除压阀19被慢慢消除，从而让溶在处理液之中的气体首先逸出。溶于处理液中的低分子量气体首先流出材料，从而使处理液集结在材料深处。
图6表示出了经本实施方案的处理液注入法以及常规的处理液注入法处理过的木材的状况，以便两相比较。使用本方法以及常规方法把溶于水的染料注入木料，然后把经处理的木材切开进行比较(使用了含水量55%、大小为20×20×100cm的日本杉和松树芯木)。从图6显然可见，经常规方法处理的木材只在切开表面处有少量处理液进入，而在其它表面处几乎没有处理液注入。另一方面，按本发明方法，处理液从任何方向都可注入，从横纹方向、从直纹方向以及其它方向都注入。也即，按本方法，材料中的薄壁组织射髓细胞壁和吸气纹孔对被破坏从而让处理液注入，处理液从而均匀地不仅注入到材料表面，而且注入到材料深处，把芯木用作被处理材料也就毫无问题。本实施方案包括使用气体的预加压，接着是注入处理液，在预加压时首先破坏掉吸气纹孔对，但也可以是在所加压力下逐步直接注入处理液。在这种情况下，处理液的注入是通过将被处理材料11放进压力容器12中，将处理液充满该容器，然后加压来实现的。注入量由压力调节，用装在液罐16中的液压水平计17检测。
可用的注入液包括用掺有防腐剂、杀虫剂、灭蚁剂和防霉剂的阳离子表面活化剂乳化并使其成为水溶的植物油和矿物油。阳离子性质的被注入处理液与阴离子性质的木材相结合从而防止渗漏出木材，从而使其适合于用作处理液。与用作处理液的水溶乙二醇相比较，这些处理液能防止渗漏，并在很长时间内保持更好的形稳性。而且，用非离子和阳离子表面活化剂乳化它们并掺进防腐剂也能获得相同效果。此外，由于本方法能将处理液注入木材深部，通过注入防火剂可获得比常规处理的材料防火性能更高的材料。
下面阐述本发明处理液注入法的第二种实施方案。第二种实施方案是一种将处理液注入阔叶树的方法。图2表示出了处理过程中的减压图和加压图。
与前述针叶树不同，阔叶树通常带有过水的导管。因此，这些导管似乎能用来轻易地注入处理液。但是，这些导管中实际上含有大量诸如侵填体之类的杂质。因而一加压力便会造成这些杂质在导管中心堵塞，使处理液的注入无法进行。因此本实施方案旨在通过在较长一段时间中施加较低压力，从而不使杂质堵塞在导管中的方法将同样的压力传导至木材深处并在那里注进处理液。
如图2所示，本方法将减压时间定为60分钟，这要比为针叶树所定的时间长，因为阔叶树与针叶树相比较，其导管中包含更多的成份，因此有必要通过尽可能地清除掉导管中的空气而把加压过程中导管堵塞的程度降至最低。
即使在下述加压步骤中，也只施加较低的约为1.5kg/cm2的压力，从而使导管不发生堵塞。加压时间定为30分钟，这要比针叶树时长(参看图2)。因此，导管能处在一定压力之下，又不为导管堵塞所害。在长时间的施加低压后，逐步加压到7Kg/cm2，为时10分钟、30Kg/cm2为时30分钟，等等。在这里，阔叶树的加压力步骤可以比针叶树的步骤增加少一些，因为阔叶树具有更大量的导管成分，注入处理液后，如前所述，使用除压阀19逐渐除压。
所得结果与针叶树相同(使用了含水量为60%、大小为20×20×100cm的日本橡树和山毛榉芯木)。
图3表示在本发明处理液注入法的第三种实施方案的材料处理过程中的减压图和加压图。本实施方案是一种将处理液注入多孔无机材料、比方说石材中的方法。在本方法中，减压和加低压时间都很长。此后，压力一下子增至高压，把处理液注入石材深处。
大理石之类的多孔无机材料由于其结构方面的原因而在其内部含有大量气体。因此，在本方法中给予足量时间以充分清除内部气体。此时，减压时间要比上述阔叶树的情况长，约为120分钟。
石料内部还含有大量细小的杂质或细粉。因此，为防止它们发生堵塞，施加约为5Kg/cm2的较低压力的时间要比木材时长，比方说大约为60分钟，使得石材内部处在一定压力之下，这与阔叶树的情况相同。在本实施方案中，在施加很长一段时间的低压后，与木材不同的是，一下子就施加30Kg/cm2的高压，因为石材不容易因加压而受变形。
除了使用压缩机用气体预加压，然后在压力之下注入处理液外，也可使用液泵并由处理液直接加压的方式加压。另一方面，在高压下注入处理液后，使用除压阀19逐渐除压，如前所述。
因此，按照本发明的方法，处理液被注入材料深处。一块2×40×80cm的意大利产大理石被当作石料注入水溶染料，然后切开。发现该大理石直到深处被均匀染色，从而证明被注入的处理液确已达到材料的深处。
在本发明中，使用了日本的“唯水不进”(商标名)，它的主要成份是硅烷单体，从而进一步增加了被处理石材的抗酸雨性。也即，基料中的硅烷单体与硅醇化合，生成一层高效防水层，从而保护石材免遭酸雨等的侵害。此外，由于石材、特别是大理石中的发网孔并非深埋其中，因此能利用其本身特点来处理石材，同时又不降低大理石的透气性。
权利要求
1.一种将诸如树脂之类的处理液注入木材和多孔无机材料的方法，包括如下步骤a)减压步骤，在这一步骤中，通过减小压力清除被处理材料中的气体；b)初加压步骤，在这一步骤中，上述材料承受不致引起变形的予定压力并在此压力之下保持予定时间。c)预加压步骤，在这一步骤中，在该材料在上述压力下保持一定时间后，其上的压力逐步增加直到最终压力，同时在每次增压时，将该压力保持一予定时间；d)注入处理液步骤，在这一步骤中，以予定的处理液注入压力把处理液注入上述材料。
2.一种将诸如树脂之类的处理液注入针叶树的方法，包括如下步骤a)减压步骤，在这一步骤中，通过减压清除上述材料中的气体；b)初加压步骤，在这一步骤中，上述被处理材料承受不致引起变形的低压，并在此压力下保持一予定时间；c)预加压步骤，在这一步骤中，材料在上述压力下保持予定时间后，其上压力逐步增加直到最终压力，同时在每次增压后将此压力保持予定时间；d)注入处理液步骤，在这一步骤中，以予定的处理液注入压力下把处理液注入上述被处理材料。
3.一种将诸如树脂之类的材料注入阔叶树的方法，包括如下步骤a)减压步骤，在这一步骤中，通过较之针叶树材更长时间的减压清除上述被处理材料中的气体；b)初加压步骤，在这一步骤中，上述材料承受不造成变形的低压并在该压力下保持较之针叶树更长的时间；c)预加压步骤，在这一步骤中，在该材料在上述压力下保持予定时间后，其上压力逐步增加直到最终压力，同时在每次增压后将该材料在该压力下保持予定时间；d)注入处理液步骤，在这一步骤中，在予定的处理液注入压力下把处理液注入上述材料。
4.一种将诸如树脂之类的处理液注入石料的方法，包括如下步骤a)减压步骤，在这一步骤中，通过比木材更长时间的减压清除上述被处理材料中的气体；b)初加压步骤，在这一步骤中，该材料承受不造成变形的低压并在此压力下保持较之木材更长的时间；c)预加压步骤，在这一步骤中，在该材料在上述压力下保持一段时间后，在上述被处理材料上加压直到最终压力；d)注入处理液步骤，在这一步骤中，以予定的处理液注入压力将处理液注入上述材料。
5.一种将处理液注入木材和多孔无机材料的装置，包括一个在其中储存并密封上述材料的压力容器；一个减小上述压力容器的压力的减压装置；一个在上述压力容器上加压的加压装置；一个在所加压力下把处理液注入上述压力容器的液体加压装置；一个与上述压力容器相连的除压罐，预先用气体使其压力与上述压力容器的压力相等。一个与上述除压罐相连的除压阀，依靠它的开和关，通过上述除压罐逐渐除去上述压力容器上的压力。
6.一种破坏木材的薄壁组织射髓细胞壁和吸气纹孔对的方法，包括a)减压步骤，在这一步骤中，通过减压清除上述被处理材料中的气体；b)初加压步骤，在这一步骤中，被处理材料承受不造成变形的予定压力并在此压力下保持予定时间；c)预加压步骤，在这一步骤中，在该材料在上述压力下保持予定时间后，其上压力逐步增加，同时在每次增压后，被处理材料在此压力下保持予定时间。
全文摘要
一种将处理液注入木材和多孔无机材料的方法，包括如下步骤初加压步骤，被处理材料在不造成变形的预定压力下保持一定时间；预加压步骤，材料在上述压力下保持预定时间后，压力逐步增加，每次增压后，被处理材料在此压力下保持预定时间；注入处理液步骤，处理液以预定的注入压力注入上述材料。以及一种在不破坏材料的条件下，从高压除压和降压到大气压的方法。因此，在不使原材料变形的条件下，能把处理液充分注入原材料的内部。
文档编号B05D7/06GK1102801SQ94101099
公开日1995年5月24日 申请日期1994年1月18日 优先权日1993年1月19日
发明者莅户真辉 申请人:住友商事株式会社