CN101306547A - 微波处理阻燃木材的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微波处理阻燃木材的方法，经过微波加热处理，真空加压处理，在含有质量比为5～50％的阻燃剂溶液中以及0.1～10MPa压力下，浸泡木材3～720分钟，之后真空加压处理，最后经微波加热处理后，即得阻燃木材。其热量不从木材外部传入，而通过微波交变电场与木材中水分子的相互作用在内部传热，使木材整体升温快，提高其渗透性，同时杀灭木材内部的蛀虫和虫卵，改善阻燃剂在木材内部的分布状况，使阻燃剂不会跟随溶液一起迁移而被原位析出，从而从根本上解决了传统方法对阻燃木材处理时阻燃剂在木材表面大量富集和严重偏析的问题，除微波加热外，没有额外的热能损耗，所得阻燃木材可直接作为建筑装饰用材料。

Description

微波处理阻燃木材的方法
技术领域
本发明涉及一种阻燃木材的处理方法，具体讲是用微波干燥技术处理阻燃木材的方法，属于木材处理技术领域。
背景技术
木材的阻燃性能不仅取决于阻燃剂的性能和用量，而且还与阻燃剂在木材内部的分布状况有关。影响阻燃剂在木材中渗透的主要指标就是木材的流体渗透性。木材流体渗透性是描述流体在木材中渗透难易程度的物理量，由于流体在木材中的渗透有别于流体在木材中的扩散，而在木材处理过程中，水分的排出、液体的浸注都与木材的渗透性密切相关。因此，为了保证阻燃剂能够充分渗入木材内部，形成有效的载药效果，对木材进行载药前的处理是非常必要的。
传统的木材干燥处理方法都是将外界的热源先通过对流、传导或辐射(远红外)的方式传到木材的表面，再通过传导的方式由木材表面传到木材内部。由于木材是热的不良导体，特别是在低含水率阶段，其热传导率非常低，严重制约着木材干燥速度的提高。目前现有技术的木材干燥方法大都存在下列问题：(1)干燥周期长，一般为6～24小时，个别厚度较大的木材干燥时间更长；(2)干燥不均匀，常常表现为木材外干内湿，严重影响木材的尺寸稳定性和力学性能；(3)干燥效率低，因为其多为间歇式干操，故劳动强度高。而传统方法在木材阻燃处理中的主要问题是：(A)干燥速率低，易造成木材的阻燃处理周期长(大尺寸高厚度木材周期更长)；(B)干燥不均匀，造成“外干内湿”的现象，使木材的抗腐性能下降，或者增长干燥时间造成“外焦内干”的现象，甚至引起木材表面开裂、颜色变深，甚至碳化，严重影响木材的外观品质和力学性能；(C)木材在干燥过程中，含阻燃剂的液体通过传统渗流的方式向外扩散，致使阻燃剂溶质不断向外迁移，在木材的表面大量富集，使阻燃剂在木材中的分布严重不均，出现严重偏析现象，直接影响木材的阻燃性能，同时影响木材表面的性质和后续加工性能，由于木材芯部阻燃剂的含量很少，在火灾发生的过程中，一旦木材表面遭到破坏，木材立即丧失阻燃性能，给生产、生活造成巨大的损失。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种用微波干燥技术处理阻燃木材的方法，以改善木材的阻燃剂载药效果，提高载药效率，改善阻燃剂在木材内部的分布状况，提高木材阻燃性能。
为达到以上目的，本发明通过下列技术方案实现：一种微波处理阻燃木材的方法，其特征在于经过下列步骤：
(1)将木材置于微波处理装置中，在微波频率为915MHz或者2450MHz，真空或常压，温度为50～160℃条件下，微波加热处理30～5000秒；
(2)将经过(1)步骤处理的木材送至真空加压罐中，抽真空至20～90KPa真空度，解除真空，在含有质量比为5～50％的阻燃剂溶液中，并在0.1～10MPa压力下，浸泡木材3～720分钟，取出木材后，在10～95KPa真空度下，真空处理0.1～12小时；
(3)将经过(2)步骤处理的木材置于微波处理器中，在微波频率为915MHz或者2450MHz，真空或常压，温度为50～160℃条件下，微波加热处理30～5000秒，得阻燃木材。
所述步骤(1)、(3)的处理温度及处理时间视木材种类、木材自身的特性及产品要求具体确定。
所述步骤(2)的真空度、处理压力视木材种类、木材自身的特性及产品要求具体确定。
所述步骤(2)的阻燃剂用量同样也要视木材种类、木材自身的特性及产品等级要求具体确定。
所述阻燃剂为现有技术中的常规无机阻燃剂，即含磷化合物中的磷酸、焦磷酸、美国迪瑞康的FRT及其盐类中的一种或几种；磷-氮化合物中的磷酸二氢铵、磷酸二氢铵、脲基磷酸盐GUP、聚磷酸铵APP中的一种或几种；磷-卤化合物中的卤代磷酸脂或三氯氧磷中的一种或几种；硼化物中的硼酸、硼砂及其混合物中的五硼酸铵、硼酸脂、硼酸乙脂中的一种或几种；或其他化合物中的一种或者两种以上混合物。
本发明优先推荐以下阻燃剂：(A)由市购的纯度为98％的脲基磷酸盐GUP和纯度为99％的硼酸复配的无机阻燃剂，其质量比为：脲基磷酸盐GUP∶硼酸∶水＝1～2∶0.1～1∶0.1～2；(B)由市购的纯度为98％的聚磷酸铵APP和纯度为99％的硼酸复配的无机阻燃剂，其质量比为：聚磷酸铵APP∶硼酸∶水＝1～2∶0.1～1∶0.1～2.5。
所述微波处理器为现有技术中的常规设备。
本发明之所以采用微波综合处理阻燃木材，是因为微波干燥木材的机理如下：木材微波干燥是把湿木料作为电介质，置于微波交变电磁场中，在频繁交变电磁场作用下，木材中的极化水分子迅速旋转，相互摩擦，产生热量，从而加热和干燥木材。其发热机理大致有三种：①木材内离子在微波电磁场的作用下迅速移动，引起离子导电损耗热效应；②木材物质非结晶区域存在许多轻基等极性偶极子基团和吸着在亲水性轻基上的吸着水分子，在交变电磁场作用下能够发生频繁取向运动而引起介电损耗热效应圈；③木材中的极化水分子随着高频交变电磁场方向的变化迅速旋转并相互摩擦而产生热量。由于木材中水的相对介电常数和损耗系数(损耗角正切)最大，在微波场作用下发热量最多，所以一般认为是木材中的极化分子发生频繁的取向运动而产生热量，从而实现对木材的干燥。
用微波加热木材时，具有较高含水率的木材内部很快获得大量的热，温度较高；而木材表面因含水率较低和向周围介质热辐射，温度较低，形成了内高外低的温度场(而传统加热方式则为外高内低)，有利于水分以蒸汽的形式直接蒸发。另外，木材内部升温快，水分的汽化速度远大于迁移速度，导致细胞腔内的蒸汽压力迅速升高，与环境形成较大的静压力差，可以对木材内部的微细孔道产生挤压效应，可以使微细孔道变大和延伸，这种孔道的微细变化一般不会造成木材宏观性质的显著改变，但对阻燃剂药液的渗透将产生根本性的影响；另外，微波的前处理将产生一种“泵送效应”，使木材中的自由水以渗透流的形式向外迁移，大大加快了水分的排出速度。内高外低的温度场和内外静压力梯度的存在，使微波干燥完全不同于传统的干燥方法，形成了木材微波干燥的独特机理。微波加热能使木材整体在很短的时间内获得热量，迅速升温至所要求的温度，大大缩短了热传导的时间，有利于提高木材干燥的速度。
基于上述技术方案和机理，本发明具有下列优点和效果：采用上述方案，使热量不是从木材外部传入，而是通过微波交变电场与木材中水分子的相互作用直接在内部发生，从而使木材整体升温加热，加之电磁场的频繁交变，引起水分子的剧烈运动，摩擦产生热量，从而加热木材，以打通汽水通道，提高其渗透性，此外，在利用微波进行前处理干燥的过程中，可同时杀灭木材内部的蛀虫和虫卵，在利用微波进行阻燃木材的后处理过程中，可显著改善阻燃剂在木材内部的分布状况，即可使阻燃药液的迁移不是以传统的液流方式，而是以蒸汽的形式向外扩散，这样阻燃剂就不会跟随溶液一起迁移而被原位析出，从而从根本上解决了传统方法对阻燃木材处理时阻燃剂在木材表面大量富集和严重偏析的问题。另外，微波处理的阻燃木材不会出现湿心现象，而且受热均匀，残余应力小，阻燃剂渗入深度深，渗入状态好，抗流失性好，吸湿性低，并使木材表面保持其原有的自然色泽，本发明除微波加热外，没有额外的热能损耗，加热系统本身又不再加热，加热时间极短，与常规技术相比提高了电能的利用率，降低了能耗，并且所得阻燃木材无需再做防虫或其他进一步的处理，即可直接作为建筑装饰用材料。
附图说明
图1是本发明使用的现有技术中常规微波干燥处理装置的结构示意图。图中，1为微波发生器，2为导波口，3为耦合器，4为多级谐振腔，5为排气口，6为抗流门，7为微波抑止器，8为带式木材输送机。
工作过程是：微波自微波发生器1发生，经导波口2、耦合器3进入多级谐振腔4中，木材随带式输送机8通过装有微波抑止器7的送料口，进入到谐振腔4中，并在此受前述微波辐照干燥处理，干燥完成后经由装有微波抑止器7的出料口送出，干燥产生的湿热空气经装有排气扇和微波抑止器的排气口5排出，为了保证装置工作的连续性和可维护性，在多级谐振腔4两侧开有抗流门6，以备干燥过程中及时处理故障和日常清洁之用，多级谐振腔4的所有开口都设有微波抑止器7，抗流门6。
具体实施方式
实施例1
A、将尺寸为1500mm×200m×25mm，初含水率为30％的橡木，送进微波频率为915MHz的微波处理装置中，在常压下，干燥温度控制在60℃，干燥10分钟即可将其干燥至含水率10％；B、将步骤A的干燥木材送至真空加压罐中，抽真空至77KPa真空度，解除真空，在下列质量比的无机阻燃剂复配混合溶液：即20％的脲基磷酸盐、10％的硼酸、70％的水中，在表压为1.6MPa的压力下，浸泡木材15分钟，解除压力，排出阻燃剂，再抽真空至77KPa真空度，解除真空，然后取出木材；C、将步骤B的木材送至微波频率为915MHz的微波处理装置中，在常压下，控制干燥温度60℃，干燥3分钟，即可得到阻燃剂渗入深度超过8mm的阻燃干燥橡木板材。
实施例2
A、将尺寸为300mm×100m×25mm，初含水率为42％的长白落叶松，送进微波频率为2450MHz的微波处理装置中，在常压下，控制干燥温度80℃，干燥10分钟，即可将其干燥至含水率8％；B、将上述木材送至真空加压罐中，抽真空至77KPa真空度，解除真空，用下列质量比的无机阻燃剂复配混合溶液：即15％的美国迪瑞康的FRT，12％的硼砂，73％的水中，在表压为1.2MPa的压力下浸泡木材30分钟，解除压力，排出阻燃剂，再抽真空至77KPa真空度，解除真空，然后取出木材；C、将上述木材送至微波处理装置中，在常压下，干燥温度控制在80℃，干燥2分钟即可得到阻燃剂渗入深度超过10mm的阻燃干燥长白落叶松板材。
实施例3
A、将尺寸为200mm×100m×60mm，初含水率为52％的马尾松，送进微波频率为2450MHz的微波干燥器中，在常压下，干燥温度控制在70℃，干燥10分钟即可将其干燥至含水率12％；B、将木材送至真空加压罐中，抽真空至377KPa真空度，解除真空，用下列质量比的无机阻燃剂复配混合溶液：即18％的聚磷酸铵APP，6％的五硼酸铵，76％的水中，在表压为1.4MPa的压力下，浸泡木材25分钟，解除压力，排出阻燃剂，再抽真空至57KPa真空度，解除真空，然后取出木材；C、将上述木材送至微波处理装置中，在常压下，干燥温度控制在75℃，干燥3分钟即可得到阻燃剂渗入深度超过9mm的阻燃干燥马尾松板材。
实施例4
A、将尺寸为100mm×100m×50mm，初含水率为48％的红杉，送进微波频率为915MHz的微波处理器中，在常压下，干燥温度控制在90℃，干燥4分钟即可将其干燥至含水率14％；B、将木材送至真空加压罐中，抽真空至77KPa真空度，解除真空，用下列质量比的无机阻燃剂复配混合溶液：即18％的磷酸脲，8％的硼酸乙脂，74％的水中，在表压为1.4MPa的压力下浸泡木材25分钟，解除压力，排出阻燃剂，再抽真空至77KPa真空度，解除真空，然后取出木材；C、将上述木材送至微波处理装置中，在常压下，干燥温度控制在70℃，干燥5分钟即可得到阻燃剂渗入深度超过12mm的阻燃干燥红杉板材。
以上所述仅为本发明的若干个具体实施方式，应当指出，对于本领域的专业技术人员而言，在此实施例基础上可以作出多种变形和改进，所有未超出权利要求所述的变形或改进均应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1、一种微波处理阻燃木材的方法，其特征在于经过下列步骤：
(1)将木材置于微波处理装置中，在微波频率为915MHz或者2450MHz，真空或常压，温度为50～160℃条件下，微波加热处理30～5000秒；
(2)将经过(1)步骤处理的木材送至真空加压罐中，抽真空至20～90 KPa真空度，解除真空，在含有质量比为5～50％的阻燃剂溶液中，并在0.1～10MPa压力下，浸泡木材3～720分钟，取出木材后，在10～95KPa真空度下，真空处理0.1～12小时；
(3)将经过(2)步骤处理的木材置于微波处理器中，在微波频率为915MHz或者2450MHz，真空或常压，温度为50～160℃条件下，微波加热处理30～5000秒，得阻燃木材。
2、根据权利要求1所述的微波处理阻燃木材的方法，其特征在于所述步骤(1)、(3)的处理温度及处理时间视木材种类、木材自身的特性及产品要求具体确定。
3、根据权利要求1所述的微波处理阻燃木材的方法，其特征在于所述步骤(2)的真空度、处理压力视木材种类、木材自身的特性及产品要求具体确定。
4、根据权利要求1所述的微波处理阻燃木材的方法，其特征在于所述步骤(2)的阻燃剂用量同样也要视木材种类、木材自身的特性及产品等级要求具体确定。
5、根据权利要求1所述的微波处理阻燃木材的方法，其特征在于所述阻燃剂为现有技术中的常规无机阻燃剂，即含磷化合物中的磷酸、焦磷酸、美国迪瑞康的FRT及其盐类中的一种或几种；磷-氮化合物中的磷酸二氢铵、磷酸二氢铵、脲基磷酸盐GUP、聚磷酸铵APP中的一种或几种；磷-卤化合物中的卤代磷酸脂或三氯氧磷中的一种或几种；硼化物中的硼酸、硼砂及其混合物中的五硼酸铵、硼酸脂、硼酸乙脂中的一种或几种；或其他化合物中的一种或者两种以上混合物。
6、根据权利要求1所述的微波处理阻燃木材的方法，其特征在于所述阻燃剂为下列之一种：(A)由市购的纯度为98％的脲基磷酸盐GUP和纯度为99％的硼酸复配的无机阻燃剂，其质量比为：脲基磷酸盐GUP∶硼酸∶水＝1～2∶0.1～1∶0.1～2；(B)由市购的纯度为98％的聚磷酸铵APP和纯度为99％的硼酸复配的无机阻燃剂，其质量比为：聚磷酸铵APP∶硼酸∶水＝1～2∶0.1～1∶0.1～2.5。
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