CN101468479A - 一种硼化合物高温木材热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是硼化合物高温木材热处理方法。处理步骤：木材置于炭化罐，通入水蒸汽，罐内温度90℃～120℃，木材内外温度梯度差10℃～30℃；通入水蒸汽，罐内温度升至180℃～230℃，木材内外温度差10℃～30℃，保持1～4小时；停止通入汽，罐内温度降至115℃～125℃，保持0.5～2小时，排空，抽真空；硼酸三甲酯等装入外置密封罐并抽真空，加热至120℃～200℃，通入炭化罐，罐内温度80℃～120℃，处理40～70分钟；水蒸汽通入炭化罐，保持2小时；停止通入汽，降低温度，移出木材。本发明有效改善木材的亲水性，使硼化合物更好地渗入木材，提高了木材的尺寸稳定性和耐腐性能，可避免木材强度的损失。
Description
技术领域
本发明涉及木材的处理技术，具体地说是对木材进行硼化合物高温热处理的方法。
背景技术
木材是一种天然可再生材料，具有易加工、良好的视觉特性等优点，而且符合现代天然绿色环保理念要求，广泛应用于建筑结构、装饰材料、家具等领域。但木材也存在一些天然的缺陷，如木材具有各向异性、耐久性差等缺点，大大制约了木材的应用空间。随着社会、经济的发展，现有的天然林木材已经无法满足经济发展和社会需求。虽然人工林的发展在一定程度上缓解了木材的供需矛盾，然而人工林木材中存在幼龄材比例过大、木材半纤维素和木质素含量较高、材质较差、密度低、尺寸稳定性及耐久性差等问题，所以需要对木材进行科学处理以提高其性能，从而节约木材，满足人们对木材的各种需求。
木材内的水分影响、制约了木材的一些性能，人们一直认为木材含水率的减少有助于改善木材的使用性能。早年，用于建筑和家具工业的木材都是采用常规木材干燥工艺或过热蒸汽干燥工艺在干燥器中对木材进行干燥，上述两种工艺控制的温度最高不超过135℃，两种工艺都存在干燥周期长，木材的尺寸稳定性不好且易腐、易发生虫害等缺点。
木材高温热处理方法是基于木材干燥而发展起来的一种新型木材处理方法，温度需控制在180℃～230℃，但存在处理温度低则木材尺寸稳定性弱，处理温度高则木材强度损失大等问题，另外高温热处理的木材耐腐、耐白蚁性能有限。
化学药剂处理木材已经有很长的历史，可以使木材获得良好的尺寸稳定性和耐久性能。如用CCA(铜铬砷)和ACQ(氨溶铜)化学防腐药剂浸注处理木材，但是CCA、ACQ易造成污染，会面临环保方面的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的提高木材尺寸稳定性、耐腐性的木材处理方法，避免木材在使用过程中容易出现的变形、开裂、腐朽、变色等缺陷，使处理后的木材产品具有良好的尺寸稳定性和耐久性、较好的色泽外观性、并最大限度地保持木材的力学强度。
硼酸盐对人畜的毒性很低，其白鼠口服半致死量LD50为2000mg/kg，并具有防菌和防虫的能力，而且价格低廉。Turner(姜凭，金重为.气相硼法木材防腐处理的研究.林产化学与工业，2005，25(2))等研究表明：当木材细胞壁内的硼酸质量分数达到大约0.5％时能有效防止褐腐菌(Coniophoea puteana)和白腐菌(Coriolus versicolor)的腐朽；当硼酸质量分数达到0.2％～0.5％时有一定的防腐效果。硼酸盐在8％～10％高保持量时又是一种阻燃剂，不会使木材着色，可用水溶液处理，是木材防腐剂的一种组成成分。采用硼化合物与高温热处理相结合处理木材，可获得尺寸稳定性好，耐腐、耐虫害的木材。
本发明是广东省农业攻关项目“木材热处理改性技术”的研究成果之一，经过历时3年的研究，将硼化合物和高温热处理木材的工艺相结合，经过吸湿性试验、室内耐腐性试验、木材物理力学试验等试验。通过以上试验掌握了既能提高木材尺寸稳定性和耐腐性、又能最低减少木材强度的木材处理方法的关键技术，开发出硼化合物高温木材热处理方法。
吸湿性是影响木材阻燃剂使用的重要因素，吸湿性太高易引起木材及木制品开裂、变形、发霉、腐烂、油漆剥落、涂饰性差等。高温热处理的木材的吸湿性比未处理对照材提高40％以上。
木材的耐腐性影响着木材的使用性能和使用用途及使用寿命，木材内的半纤维素和纤维素容易遭成为菌和虫的食物来源，高温可以改变木材的成份结构，即改变木材内的半纤维素和纤维素的性状，从而减少菌和虫对木材的侵蚀。另外木材中硼酸的含量也能增加木材的耐腐性，在边材中硼酸的质量分数为0.4％～0.8％。经过硼化合物高温木材热处理的木材比未热处理对照木材更耐腐。
木材的强度影响着木材的使用性能。温度越高，则木材的强度损失越大；时间越长，则木材的强度损失也越大。210℃～220℃作为温度影响因素来测定力学强度。
附图说明
图1说明，热处理木材的静曲强度在30min时较高，但在50min时就降低了。可见热处理时间对热处理材的力学性能影响较大。这是由于热处理破坏了木材内部的纤维素的排列和其物理特性，长时间的受热还分解了木材内部的纤维素和木素等成分，造成了木材整体结构的破坏，从而强度降低。
图2说明，弹性模量在30min炭化时较高，但在50min炭化时就降低了。
图3说明，热处理材的顺纹抗压强度比未处理的材料有所降低，而热处理时间对顺纹抗压的影响不大。热处理对木材的顺纹抗压的影响比较小。
本发明通过较低的温度和较短的时间来实现木材耐腐性和尺寸稳定性的提高。
实现目的的技术方案如下所述：
本发明硼化合物高温木材热处理方法包括高温木材热处理和硼酸三甲酯处理两个阶段，由以下各步骤组成：
A、将木材置于炭化罐内，连续通入水蒸汽，罐内温度逐步升至90℃～120℃，测试木材含水率并控制在6％以下；同时采用逐步升温的办法把木材表面温度和内部温度的梯度差控制在10℃～30℃，木材表面温度为炭化罐内的温度，木材内部温度使用探头布点测量并计算出平均值；
B、连续通入水蒸汽，罐内温度逐步升至180℃～230℃，采用逐步升温的办法把木材表面温度和内部温度的梯度差控制在10℃～30℃，保持1～4小时；木材表面温度为炭化罐内的温度，木材内部温度使用探头布点测量并计算出平均值；
C、停止通入水蒸汽，炭化罐内温度降至115℃～125℃，保持0.5～2小时，排空炭化罐，抽真空；
D、将液态硼酸三甲酯或体积比为1：1的液态硼酸三甲酯和甲醇的混合物装入与炭化罐连接的外置密封罐并抽真空，每立方米木材使用7千克上述药剂；液态硼酸三甲酯或液态硼酸三甲酯和甲醇的混合物加热至120℃～200℃，然后通入炭化罐内，炭化罐内温度控制在80℃～120℃，处理时间40～70分钟；
E、连续将水蒸汽通入炭化罐内，测试木材含水率并控制在10％～12％，保持2小时。
F、停止通入水蒸汽，逐步降低炭化罐内温度，移出木材，放置空气中晾置至常温。
本发明的有益效果
本发明采用物理与化学相结合的方法处理木材，处理时能有效改善木材的亲水性，使硼酸三甲酯或体积比为1：1的硼酸三甲酯和甲醇的混合物能更好地渗入木材，提高了木材的尺寸稳定性和耐腐性能，并最大程度地避免木材强度的损失。使用本发明处理后的木材能够广泛地应用于室内外装饰材料、家具、地板等。
具体实施方式
实施例1
将厚度20mm、宽度50mm、长度800mm的杉木干木材置于炭化罐内，通入水蒸汽，逐步升高炭化罐内的温度至120℃，控制木材表面温度和内部温度的梯度差为10～30℃，木材表面温度为炭化罐内的温度，木材内部温度使用探头布点测量并计算出平均值；测试木材含水率并控制在6％以下。继续通入水蒸汽，逐步将罐内温度升至230℃，控制木材表面温度和内部温度的梯度差为10～30℃，保温4小时。停止通入水蒸汽，降低炭化罐的温度至115℃～125℃，保温1小时，排空炭化罐，并抽真空。与炭化罐连接的外置密封罐内装入按每立方米木材使用7千克计算的液态硼酸三甲酯并抽真空，硼酸三甲酯液体加热至200℃，通入炭化罐内，炭化罐内温度控制在120℃，处理时间为40分钟。通入水蒸汽至炭化罐内，测试木材含水率并控制在10％～12％，保持2小时。逐步降低炭化罐内的温度至40℃以下，移出处理木材，放置空气中晾置至常温。使用本方法处理木材能有效改善木材的亲水性，使硼酸三甲酯能更好地渗入木材，提高了木材的尺寸稳定性和耐腐性能，并最大程度地避免木材强度的损失。
实施例2
将厚度20mm、宽度50mm、长度800mm的杉木木材置于炭化罐中，通入水蒸汽，逐步升高炭化罐内的温度至90℃，控制木材表面温度和内部温度的梯度差为10～30℃，木材表面温度为炭化罐内的温度，木材内部温度使用探头布点测量并计算出平均值；测试木材含水率并控制在6％以下。继续通入水蒸汽，逐步将温度升高至180℃，控制木材表面温度和内部温度的梯度差为10～30℃，保温4小时。停止通入水蒸汽，降低炭化罐的温度至115℃～125℃，保温2小时，排空炭化罐，并抽真空。与炭化罐连接的外置密封罐内装入按每立方米木材使用7千克计算的体积比为1：1的液态硼酸三甲酯与甲醇混合物并抽真空，液态硼酸三甲酯与甲醇混合物加热至200℃，通入炭化罐内，炭化罐内温度控制在80℃，处理时间70分钟。通入水蒸汽至炭化罐内，测试木材含水率并控制在10％～12％，保持2小时。逐步降低炭化罐内的温度，移出处理木材，放置空气中晾置至常温。使用本方法处理木材能有效改善木材的亲水性，使硼酸三甲酯与甲醇混合物能更好地渗入木材，提高了木材的尺寸稳定性和耐腐性能，并最大程度地避免木材强度的损失。
实施例3
将厚度20mm、宽度50mm、长度800mm的湿木材置于炭化罐内，通入水蒸汽，罐内温度逐步升至110℃，控制木材表面温度与内部温度的梯度差在10℃～30℃，木材表面温度为炭化罐内的温度，木材内部温度使用探头布点测量并计算出平均值；测试木材含水率并控制在6％以下。持续通入水蒸汽，逐步升高炭化罐内温度至230℃，控制木材表面温度与内部温度的梯度差在10℃～30℃，保持3小时。然后，停止通入水蒸汽，降低炭化罐的温度至115℃～125℃，保温0.5小时，排空炭化罐，并抽真空。与炭化罐连接外置密封罐内装入按每立方米木材使用7千克计算的液态硼酸三甲酯，硼酸三甲酯液体加热至170℃，通入炭化罐内，炭化罐内温度控制在100℃，处理时间为60分钟。通入水蒸汽至炭化罐内，测试木材含水率并控制在10％～12％，保持4小时。逐步降低炭化罐内的温度，移出处理木材，放置空气中晾置至常温。使用本方法处理木材能有效改善木材的亲水性，使硼酸三甲酯能更好地渗入木材，提高了木材的尺寸稳定性和耐腐性能，并最大程度地避免木材强度的损失。
Claims (2)
1、一种硼化合物高温木材热处理方法，其特征在于包括高温木材热处理和硼酸三甲酯处理两个阶段，工艺步骤如下：
A、将木材置于炭化罐内，连续通入水蒸汽，罐内温度逐步升至90℃～120℃，测试木材含水率并控制在6％以下；同时采用逐步升温的办法把木材表面温度和内部温度的梯度差控制在10℃～30℃，木材表面温度为炭化罐内的温度，木材内部温度使用探头布点测量并计算出平均值；
B、连续通入水蒸汽，罐内温度逐步升至180℃～230℃，采用逐步升温的办法把木材表面温度和内部温度的梯度差控制在10℃～30℃，保持1～4小时；木材表面温度为炭化罐内的温度，木材内部温度使用探头布点测量并计算出平均值；
C、停止通入水蒸汽，炭化罐内温度降至115℃～125℃，保持0.5～2小时，排空炭化罐，抽真空；
D、将液态硼酸三甲酯或体积比为1：1的液态硼酸三甲酯和甲醇的混合物装入与炭化罐连接的外置密封罐并抽真空，每立方米木材使用7千克上述药剂；液态硼酸三甲酯或液态硼酸三甲酯和甲醇的混合物加热至120℃～200℃，然后通入炭化罐内，炭化罐内温度控制在80℃～120℃，处理时间40～70分钟；
E、连续将水蒸汽通入炭化罐内，测试木材含水率并控制在10％～12％，保持2小时；
F、停止通入水蒸汽，逐步降低炭化罐内温度，移出木材，放置空气中晾置至常温。
2、根据权利要求1所述的硼化合物高温木材热处理方法，其特征在于F步骤逐步降低炭化罐内温度至40℃以下。
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