CN100354084C - 通过用二氟化物水溶液的润湿改善生木材干燥工艺的方法及用于该方法的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用含一种或多种二氟化合物的水溶液浸润的，处理木材，木粉及类似材料的方法。本发明进一步涉及对“生”木材和不完全干燥的木材的干燥的改善。本发明涉及处理木材的方法，实现这种方法的设备，处理木粉及类似材料的方法，木制品以及由处理后的木粉构成的产品。

Description

通过用二氟化物水溶液的润湿改善生木材干燥工艺的方法及用于该方法的设备

本发明涉及用一种或多种二氟化合物的水溶液浸润的处理木材，木粉及其它含纤维素材料的方法，该方法包括浸渍或喷涂至少3分钟，本发明还涉及由处理后的木材本身、木粉或其它含纤维素材料制成的产品。

根据以前的，从NL-C-1004556中已知的一种处理木材的方法，其中，二氟化合物溶液中含有8-32％重量百分比的二氟化氢钾和二氟化氢铵，其中钾盐和铵盐的重量比在13∶7和2∶3之间。在第5页第1-3行，给出了上述处理的更详细的内容。木材在二氟化物水溶液中浸渍3-30分钟，并随后通过放置在板条上1-20天而在空气中干燥。

NL-C-1004556的处理的目的是改善木材的潮气调节性能(moistureregulating properties)。

在木材工业中经常遇到的问题是干燥太快会使生木材干裂。其它与干燥相关的问题是待干燥木材的弯曲和翘曲。不良的产品源自这些干燥问题，而且可能会由受这些现象影响的木材制造出单位体积更少的有用产品。

作为解决这些问题的方案，已知在McGraw Hill Book Company，NewYork出版的John H.Perry的Chemical Engineer’s Handbook第二版第1509页中有一种木材干燥器。通过它，可以在高温下用热空气在受控的相对湿度对木材进行干燥。

所说的干燥器叫做“Tiemann木材干燥器”，在上述文献第1509页的图9给出的这种干燥器的截面图。

不言而喻的，用热空气在受控的相对湿度下进行干燥是相当昂贵的，尤其是由于需要加热。

已知JP-A-07-314409(Chem.Abs.124：149094v)中有另一种方法对木材进行浸渍，不必进行预干燥，通过这种方法防止了木材的开裂。

首先，将“生”木材用与木材相容，并与水可混溶的有机溶剂浸渍。在用有机溶剂将大多数的水份提取并取代后，接下来用可溶于有机溶剂中的防腐剂对木材进行浸渍。

不言而喻的，这种浸渍是昂贵的，而且所用的有机浸渍剂对环境是否是足够无害的还有疑问。

本发明首先是要提供一种用于更快速干燥生木材或未完全干燥的木材的改良的方法，且基本上没有开裂、弯曲和翘曲的缺陷。

从NL-C-1004556中没有得知如下事实：即通过用二氟化物水溶液的非常简单的预处理方法，生木材或未完全干燥的木材的令人惊奇的快速干燥而没有这些有害的副作用。

以前，在Tiemann木材干燥器中进行过干燥木材而不产生熟知的副作用的尝试，在本说明书上文的引言部分曾提到。John H.Perry的Chemical Engineer’s Handbook中引用的Tiemann木材干燥器的公开数据如下：Tiemann，“The Kiln Drying of Lumber”，Lippincott，1917。

目前，Tiemann的方法的公开已经是约90年以前的事了。

在Tiemann公开的相当长一段时间之后，JP-A-7-314409的方法公开于1995年12月5日。

正如前面对JP-A-7-314409的方法所讨论的，该方法不是对于干燥生木材而产生有害副作用的简单的最终技术方案。

依据本发明，用二氟化合物溶液将木材浸渍或者喷涂在木材的所有面上至少3分钟。

采用依据本发明的处理方法，并不局限于荷兰专利No.1004556中的二氟化氢钾和二氟化氢铵的混和物，而是最终还可以采用在水中可溶性高的其它二氟化合物。

也就是说，发现在这种非常短的对木材所有面都浸润的过程中，二氟化合物可足够深地渗透入木材外层，以在一定程度上改善干燥工艺，使得不再需要有开裂危险的加热干燥。

此时，对木材的浸润必须对所有面都进行。

在木材浸润中，来自混和二氟化合物溶液中的二氟化合物离子(FHF’)非常迅速的渗透进木材的外层中。

如前所述，本发明是基于这一发现，当水的容量大于在完全干燥的木材中存在的水的数量时，FHF’在纤维素上的化学吸附就好像被催化了，并且进入到一种与纤维素的长久结合状态。

依据本发明，除了荷兰专利No.1004556中提到的二氟化氢钾和二氟化氢铵混和物，还可以使用另外的碱二氟化合物，还可以将这些二氟化合物分开使用，只要其用量在使木材满足8-32％重量百分比的浓度。

一种优选的浸润溶液是荷兰专利No.1004556中提到的二氟化氢钾和二氟化氢铵溶液，其中两种二氟化合物的重量比在13∶7到2∶3之间。

除了前面提高的碱二氟化合物，还可以采用一种或者多种其它的相当可溶的二氟化合物，例如能想到的二氟化锌。

不言而喻的，除了一种或多种碱二氟化合物和/或二氟化锌外，浸润溶液中还可以包含其它的可溶性金属盐。

完全从本发明的角度考虑，可以假定生木材或者不完全干燥的木材是潮气含量在8％的重量百分比以上的木材。

作为依据本发明的用二氟化合物溶液对所有面进行浸润处理的结果，在木材外层中的潮气含量在短时间内提高了几个百分点。在干燥过程中，处理后的木材外层中的潮气含量非常迅速的下降到低于浸渍处理前的初始潮气含量。

这种木材处理的结果是，带有化学吸附的二氟化合物的外层干燥的更好，保留了木材的潮气调节性能。

优选的，这种对所有面都浸润可通过在板条上的浸渍进行。

注意到，在荷兰专利No.1004556第5页第26和27行中提到，如果必要，在用混和二氟化合物溶液进行浸渍的过程中，最终的木件可提早放在板条上。

然而，在产木材的国家，作为一个规则，木制件要由预先干燥的木材制成。

现在，依据本发明的这种方法可以有利的应用到“生”木材和不完全干燥的木材上。

如前面所提到的，已经发现大于干木材中的平衡浓度的水含量会大大加速FHF’的渗透。

“生”木材指的是刚刚伐倒的树木的树干，无论其是否在伐倒后短时间内去除了树皮，或者锯成的木板或者木梁。

不言而喻的，这对于木材工业来讲有一个重要结果，也就是说，木材现在几乎可以同时进行二氟化合物溶液的处理和干燥。

有利的，依据本发明的这种方法可以按如下进行。

将重量百分比浓度在8-15％之间的二氟化合物溶液用于潮气含量在10-35％之间的木材。对于更加潮湿的木材，可以使用更高重量百分比浓度的二氟化合物溶液。因此，对于潮气含量在35-60％之间的木材，使用的是重量百分比浓度在15-32％之间的二氟化合物溶液。

依据一种优选的可以处理生木材或者不完全干燥的木材的方法和设备，将木材以已知的快速干燥工艺设置叠放在输送工具中，使得暖的干燥空气可以沿要干燥的树干流动，或者从树干中流过。这里或多或少的制成了前面提到的“Tiemann干燥器”。

用依据本发明的方法和设备，将木材首先叠放在输送容器中的板上。

该设备除了输送容器外，包括一个浸渍容器，其带有搅拌设施以提高用二氟化合物溶液对木材所有面的冲洗，以及在浸渍容器中还含有使输送容器进出的设施。

在将木材在浸渍容器中浸渍后，将木材从二氟化合物槽中提升出来，将浸渍容器排空。

在排空之后，木材就可以在输送容器中输送并干燥，由于在输送过程中已经提高了潮气调节性能。

据此，浸渍容器中配备有二氟化合物溶液添加的设施。

如在本描述的前序部分里所提到的，本发明还涉及通过用二氟化合物溶液的处理，得到预处理的木粉，木浆或者从高纤维素含量的材料，比如织物中得到其它分解产物的方法。

通过预处理得到的产品能更好的适于制造成品或者使成品拥有更好的性能。

本发明还涉及由预处理的产品得到的或者部分由其构成的产品。

考虑前面所述，从JP-A-07-178727(Chem.Abs.123：202600q)中已知由木材，蔗渣或者锯末可得到一种纤维素粉，其可与抗菌剂一起喷涂或者用作塑料模具(比如模板)的填充剂，以及用作涂层。

本发明现在还涉及用二氟化合物处理来提高纤维素的潮气调节性能以及/或者由其得到的制品的潮气调节性能。

在本发明中，处理的纤维素还指木浆，棉绒，亚麻毛以及其它类似的材料，无论粉碎与否的锯末或者蔗渣。

将本发明扩展到木粉及类似物的思想所精心设计执行的模型实验，是为了模拟出相当小的二氟化合物量对用二氟化氢钾和二氟化氢铵处理的木材的好的潮气调节性的效果，以及找到其中可能的原因。

最可能的，性能的提高是由于FHF’离子在纤维素上的化学吸附，在那上面随后完全改良。

在获得性能提高了的处理纤维素后，接着到了用二氟化合物预处理的木粉以及其它可能的相当精细的产品，比如棉绒和亚麻毛，在此之后，是要进一步将这些处理后的材料转变成有用的产品。

其它相当精细的产品是锯末，粉碎的亚麻杆和棉纤维。

本发明还涉及用二氟化合物溶液改良的木材以及由其得到的木制品。

如前面所提到的，本发明主要涉及用二氟化合物处理来提高纤维素的性能以及/或者由其得到的制品的性能。

在本发明中，处理的纤维素还指木粉，棉绒，亚麻毛以及像无论是否粉碎的锯末或者蔗渣的类似材料。

本发明精心设计了按照荷兰专利No.1004556的结果进行的模型实验，以模拟出相当小的二氟化合物量对用二氟化氢钾和二氟化氢铵处理的木材的好的潮气调节性的效果，以及找到其中可能的原因。

最有可能的，性能改良是由于FHF’离子在纤维素上的化学吸附。

除了这些改良的木材及其制品外，本发明还涉及从处理后的木粉和类似材料得到的制品。

现在，用四个实施例和一个关于在木材中的渗透深度的图表，以及一个关于处理后的纤维素的潮气调节行为的图表来对本发明进行阐释。

对于实施例和在木材中的渗透图，首先提及的是，木材中的潮气含量由式 $\frac{A_x-B}{A_{100}}\×100\%$ 确定，其中

A_x是具有某一特定潮气含量的木材的重量

A₁₀₀是完全潮湿的木材的重量

B是完全干燥的木材的重量

完全干燥的木材的重量通过在110℃下干燥24小时得到。

A_x是潮气含量在0-100％之间的木材的重量。

进一步提及的是二氟化合物在木材中的渗透深度，其用氧锆基茜素S反应剂(Zirconyl-alizarine S reagent)(J.H.de Boer，Chemisch Weekblad2l，404(1924))确定。

首先，将用二氟化合物溶液处理的木材沿渗透深度横向锯断，接下来用氧锆基苯素S反应剂薄薄的进行喷涂。在斑点上，或者渗透深度，存在化学吸附的二氟化合物，这与红-紫色的氧锆基茜素S反应。通过与二氟化合物反应，红-紫色变成浅黄色(释放出的茜素磺酸的颜色)，因为生成了无色的二价六氟化锆ZrF₆″离子。

针对二氟化合物在木材中的渗透深度，下面首先是用两种不同浓度的二氟化合物溶液和两种不同潮湿度的木材的四个实施例。

木材的浸渍时间全部是10分钟。

实施例1

二氟化合物的浓度：

木材潮湿度13％

渗透12mm

实施例2

二氟化合物的浓度：

木材潮湿度60％

渗透40mm

实施例3

二氟化合物的浓度：

木材潮湿度13％

渗透18mm

实施例4

二氟化合物的浓度：

木材潮湿度60％

渗透70mm

在附图中，图1说明的是对不同潮湿度的木材浸渍相同的时间(10分钟)时，对于不同浓度的二氟化合物溶液，二氟化合物溶液的渗透深度和木材潮湿度之间的关系。

图2表明的是用不同浓度的二氟化合物处理的纤维素和只用去除矿物质的水处理的纤维素的潮气调节行为。

如上所述，图1表明的是二氟化合物溶液的渗透深度和木材潮湿度之间的关系。

沿X轴是用百分数表示的木材潮湿度，起始值8.0％，其代表的是在110℃加热木材24小时后的百分数。

沿Y轴是用前面提到的氧锆基茜素S确定的渗透深度。渗透深度用cm表示。

在图1中，用1，2，3，4，5和6表示的曲线分别对应17，15，13，11，10和8.5％的浓度。

如前所述，图2表示的是分别用10％的混和二氟化合物溶液和去除矿物质的水处理的纤维素的潮气调节行为。

由于纤维素是木材的最重要的组分，下面的针对纤维素所进行的实验是为了说明木材吸附行为的变化。

针对纤维素的实验，将6个漂白的软木纤维素浆的A4板分别浸渍到二氟化合物溶液和去除矿物质的水中，每个3片。

每个纤维素浆板的重量大约50克。

预先确定的10秒钟的浸渍时间是在样品由于潮气的作用而分解之前的最大浸渍时间。

在浸渍之后，将样品在空气中干燥1分钟，接着固定在气候室中的一个称重器上。接着，在开始实验之前，将纤维素板在23℃，50％RH对湿度)的环境下平衡8小时。

对于用二氟化合物处理的纤维素的三个实验和用去除矿物质的水进行处理的三个实验，首先将纤维素板在23℃，85％  RH的空气气氛下暴露大约8小时，接着在23℃，35％RH的空气气氛下暴露大约7小时。

沿Y轴是以克表示的6个测试板的重量，X轴是分别用小时，分钟和秒表示的时间。

在每个实验开始时，所有六个样品的重量都是大约50克，用二氟化合物处理的三个纤维素板的重量逐渐提高大约8克的水，随着RH降低到35％，吸收的水相当迅速的消失到大约2克。

对于只用去除矿物质的水处理的纤维素板，重量提高的比用二氟化合物预处理的样品小的多。这里只有大约1.5克的重量提高，随着RH的降低，其回到接近实验开始时的重量也比较缓和。

在图2中，是六个不同样品的测试结果，采用二氟化合物的三个不同实验分别用BF1，BF2和BF3表示。

采用去除矿物质的水的实验分别表示为DW1，DW2和DW3。

注意，在图2中，特定方式的吸水和脱水曲线在用去除矿物质的水处理的样品的曲线之上。

用二氟化合物溶液处理木材的长期经验表明，这通过改变吸收水的行为，提高了木材的潮气调节性能，这被纤维素随RH的改变而快速的吸水和脱水所支持。

用二氟化合物溶液改变木材的潮气吸收行为还可扩展到木粉，木浆或者其它的从高纤维素含量的材料得到的分解产物。

除了上面提到的提高木材或者分解的含纤维素材料的潮气调节性的概念外，本发明还涉及前面提到的发现，二氟化合物水溶液的渗透好像受到了潮气的催化。

因此，优点来自不必为了得到足够的渗透深度而在压力或者真空中来浸渍木材防腐剂。

Claims (9)

1.一种或者多种二氟化合物的水溶液用于改善生木材干燥工艺的用途，通过浸渍或喷涂至少3分钟，以用所述溶液润湿所述生木材。

2.权利要求1中的用途，其特征在于，在板条上对生木材进行浸渍。

3.权利要求1中的用途，其特征在于，对生木材的所有面进行喷涂。

4.权利要求1中的用途，其特征在于，用于浸润的水溶液中含有一种或多种碱二氟化合物。

5.权利要求4中的用途，其特征在于，二氟化合物溶液中包含二氟化氢钾和二氟化氢铵，两种二氟化合物之间的重量比在13∶7到2∶3之间。

6.权利要求1中的用途，其特征在于，二氟化合物溶液中含有一种或多种其它的二氟化合物，以及可选地含有其它的可溶性金属盐。

7.权利要求1中的用途，其特征在于，将重量百分比浓度在8-15％之间的混合二氟化合物溶液应用于潮气含量在10-35％之间的生木材，将重量百分比浓度在15-32％之间的混合二氟化合物溶液应用于潮气含量在35-60％之间的生木材。

8.权利要求1中的用途，其中，将生木材通风叠放在输送容器中，接着将所有面都浸渍在二氟化合物水溶液中，并在任选的干燥后，在排空之后输送。

9.应用权利要求1，2，4，5，6或7任意之一中的用途的设备，包括生木材的输送容器，其中生木材可以通风叠放，其特征在于，该设备进一步包括与具有生木材的输道容器配合的浸渍容器，浸渍容器上配备有搅拌设施，使具有生木材的输送容器进出的输送设施以及用于供给二氟化合物溶液的添加设施。