CN102642223B - 一种速生材的浸渍方法 - Google Patents
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Abstract
一种使用浸渍液浸渍木材的方法，主要针对人工速生材进行处理，该方法采用两次烘干、真空和高压浸注相配合的工艺，特别是采用真空的方法，使木材浸渍液的浸注速度加快，浸渍均匀、有效成份留存量大；经本方法配合速生木材浸渍液处理后的木材不仅保留了木材原有自然属性，还具有阻燃、防腐、抗菌、防白蚁、抗变形、环保、密度硬度可调等；性能优良，成为天然珍贵树种的理想替代品，完全可满足家具、实木地板等领域的使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用浸渍液浸渍处理速生木材的方法。
背景技术
随着经济社会的快速发展，国内外对天然林木材的需求量呈迅速增长趋势。近年来，随着世界各国环保意识的提高，对木材出口实行了紧缩政策，进一步限制了天然木材的出口，使木材需求的紧张局面进一步加剧。发展天然林木材的代用材，是缓解当前天然林木材供需紧张矛盾的重要途径，也是建设节约型社会的必然要求。速生丰产林是我国目前非常丰富的林木资源，我国从上世纪末开始先后推出了林业六大重点工程，其中有四项是速生丰产用材林建设工程，涉及全国18个省，建设总规模近4000万公顷，计划到2015年左右建立速生丰产用材林基地近6亿亩。但由于速生林木质疏松、易受潮变形、易腐烂等缺陷，只能用在附加值低、污染大、能耗高的造纸和普通木制品中，无法在高档家具和建筑装修用品中使用，极大地限制了其开发及应用领域。为了改善速生木材的性能，扩展速生木材的使用范围，出现了一些木材改性的方法。如碱液浸煮法、高压气蒸干燥法和高压蒸汽减压干燥法等木材处理方法，处理后的木材解决了溢脂变形问题，提高了强度和耐久性。而这些工艺生产存在木材处理不均匀、木材提升性能不仅不稳定、性能单一，而且木材处理过程时间长、药液用量大、药液不能重复使用、浪费严重等等造成处理成本居高不下等诸多问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种速生材浸渍液浸渍木材的方法，解决现有工艺生产木材处理不均匀、木材提升性能不稳定、提升性能单一、浸渍时间长、药液使用过程浪费等问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
（1）一次烘干：将原木锯割后的湿锯材放入烘干窑，烘干处理含水率至15～20%，出窑备用；
（2）药液制备：速生材浸渍液的制备步骤如下：（ⅰ）生产原料：该浸渍液由如下质量份数比的原料：甲醛970.0～1050.0份、尿素590.0～650.0份、羧甲基纤维素钠0.7～1.0份、氨水110.0～150.0份、三聚氰胺60.0～70.0份、聚乙烯醇2.0～5.0份、六次甲基四胺3.0～6.0份；（ⅱ）一次投料：在反应釜中按上述份数的配比分别加入甲醛、聚乙烯醇、氨水、六次甲基四胺、三聚氰胺、羧甲基纤维素钠，先加入406.1～461.5份的尿素，搅匀后测pH值，加碱性物质调整pH值为7.5～9.0；（ⅲ）二次尿素：升温至85～96℃，保持10～30分钟，再加入53.1～71.5份的尿素，保持10～30分钟；（ⅳ）缩聚反应：冷却至80～86℃加酸性物质调pH值至5.8～6.9进行缩聚反应，待到水点出现雾状，测pH值，加碱性物质调整pH值为7.5～9.0；（ⅴ）三次尿素：待反应温度至80～85℃时最后加入剩余的尿素，保持10～30分钟；（ⅵ）冷却出料：继续冷却至50℃以下即可放料；
（3）药液调制：a.将质量份数比为1.8～2.5份的水投入搅拌器中，升温至30～50℃；b.再加入质量份数比为1份的如步骤（2）制成的浸渍液，将混合液升温至40～60℃，搅拌至均匀即可；
（4）真空处理：将含水率在15～20%以内的锯材置于浸注罐内，密闭后，负压至-0.08～-0.095MPa，保持10～30分钟；
（5）压力浸注：将药液注满浸注罐后，开启高压泵向罐内压注药液，当压力达到1.5～3.5MPa时停止压注，并保持压力2～4.5小时；
（6）木材出罐：压力浸注后放出药液，静置10～30分钟，开启罐门取出木材；
（7）二次烘干：对浸渍过的木材表面进行简单冲洗后，将木材再次放入烘干窑，烘干至含水率8～12%，出窑备用。
本发明的速生材浸渍方法，其浸渍液的原料中还含有质量份数比为0.1～50.0份的二乙二醇，在反应步骤（ⅴ）三次尿素结束后，待冷却至55～60℃时加入二乙二醇，继续冷却至50℃以下即可放料。
本发明的速生材浸渍方法，其浸渍液最佳的质量份数比为：甲醛970.0～1050.0份、尿素600.0～620.0份、羧甲基纤维素钠0.7～0.9份、氨水120.0～140.0份、三聚氰胺65.0～69.0份、聚乙烯醇2.0～4.0份、六次甲基四胺3.0～5.0份、二乙二醇0.1～1.0份。
本发明的速生材浸渍方法，其调整pH值的碱性物质可以为氢氧化钠，调整pH值的酸性物质可以为甲酸、草酸、氯化铵中的一种或几种。
本发明的速生材浸渍方法，药液制备过程中的一次投料后，根据反应釜内物料的溶解情况加入质量分数比≤200.0份的水；在药液调制步骤a之前，先将重量份数比为0.1～0.3份的麦芽糊精投入搅拌器中。
在浸渍速生材过程中，在一次烘干木材的同时，可同时进行浸渍液的配制。
本发明通过在木材内部注入浸渍液的方法改变木材的物理、化学、生物性能，通过使用木材浸渍液对木材浸渍处理后，木材在保留木材原有自然属性（隔热、绝缘、调温、调湿）的同时，还具有阻燃、防腐、抗菌、防白蚁、环保、抗变形等优良性能，可根据用户需要，任意增大木材密度、硬度等，最终产品游离甲醛含量达国标E0级要求，成为天然珍贵树种的理想替代品，完全可满足家具、实木地板等领域的使用要求。而且浸渍液药液在生产过程中可重复使用，大大降低了木材处理成本，使家具、地板等企业可以使用上高性价比原材料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详述。
实施例1：
1.1生产原料：
甲醛 2910kg；
尿素 1770kg；
羧甲基纤维素钠 2.1kg；
氨水 450kg；
三聚氰胺 180kg；
聚乙烯醇 6kg；
六次甲基四胺 9kg；
水 3214.8kg；
木材 1立方米。
1.2生产设备：压力浸注罐1300L容积。
1.3药液制备：
1.3.1一次投料：在反应釜中按配比加入甲醛、先加入1221.3kg的尿素、聚乙烯醇、氨水、六次甲基四胺、三聚氰胺、羧甲基纤维素钠，加氢氧化钠调pH值至7.5；
1.3.2二次尿素：升温至85℃，保持10分钟，再加入194.7kg的尿素，保持10分钟；
1.3.3缩聚反应：冷却至80℃加甲酸调pH值至5.8进行缩聚反应，待到水点出现雾状，加氢氧化钠调pH值至7.5；
1.3.4三次尿素：冷却，80℃时最后加入剩余的354kg尿素，保持10分钟；
1.3.5冷却出料：继续冷却，50℃时放料。
1.4药液调制：
1.4.1在搅拌器中加入水，升温至30℃；
1.4.2再加入1.3过程制备的浸渍液，将混合液升温至40℃；
1.4.3将混合液搅拌至均匀；
1.4.4放料。最终调配后的药液，约5立方米。
1.5木材浸渍处理：
1.5.1一次烘干：将原木锯割后的湿锯材放入烘干窑，烘干处理含水率至20%，出窑；
1.5.2药液制备见1.3；
1.5.3药液调制见1.4；
1.5.4真空处理：将经一次烘干的木材装上轨道小车，推入罐内，关闭并密封好罐门，关闭吸/进液阀，启动真空泵，直到真空度达到工艺要求-0.08MPa，保持真空10分钟，期间真空度若有下降，应追开真空至-0.08MPa；
1.5.5压力浸注：打开贮液池通往压力浸注罐管路上的阀门，药液在真空的作用下通过吸排管道进入压力浸注罐，当药液充满压力浸注罐时，即可关闭真空泵、吸排液管道上的阀门，打开加压管路通往压力浸注罐的阀门，启动加压泵，进行加压，待压力值稳定在1.5MPa时，关闭加压泵和加压管路上的阀门，保持压力4.5小时；
1.5.6木材出罐：经压力浸注后打开阀门排液阀门，启动管道泵，药液从压力浸注罐内抽入储液池。再稍等10分钟后，再次启动管道泵将木材上滴落至罐底的药液再次抽入储液池中，开罐门取出木材；
1.5.7二次烘干：对表面进行简单冲洗后将木材再次放入烘干窑，烘干处理至含水率8～12%，出窑备用。
实施例2：
2.1生产原料：
甲醛 3000kg；
尿素 1890kg；
羧甲基纤维素钠 2.55kg；
氨水 360kg；
三聚氰胺 200kg；
聚乙烯醇 9kg；
二乙二醇 75kg；
六次甲基四胺 15kg；
水 10000kg；
麦芽糊精 750kg；
木材 约4.5立方米。
2.2生产设备：压力浸注罐10000L容积。
2.3药液制备：
2.3.1一次投料：在反应釜中按配比加入甲醛、先加入1323kg的尿素、聚乙烯醇、氨水、六次甲基四胺、300kg的水、三聚氰胺、羧甲基纤维素钠，加氢氧化钠调pH值至8.0；
2.3.2二次尿素：升温至90℃，保持15分钟，再加入170.1kg的尿素，保持15分钟；
2.3.3缩聚反应：冷却至83℃加甲酸调pH值至6.2进行缩聚反应，待到水点出现雾状，加氢氧化钠调pH值至8.5；
2.3.4三次尿素：冷却，83℃时最后加入剩余的396.9kg尿素，保持15分钟；
2.3.5四次加料：冷却，60℃时加入二乙二醇；
2.3.6冷却出料：继续冷却至48℃时放料。
2.4药液调制：
2.4.1将麦芽糊精投入搅拌器；
2.4.2加入水，升温至43℃；
2.4.3将混合物搅拌至澄清状态；
2.4.4再加入2.3过程制备的浸渍液，将混合液升温至50℃；
2.4.5将混合液搅拌至均匀；
2.4.6放料。最终调配后的药液约15立方米。
2.5木材浸渍处理：
2.5.1一次烘干：将原木锯割后的湿锯材放入烘干窑，烘干处理含水率至18%，出窑；
2.5.2药液制备见2.3；
2.5.3药液调制见2.4；
2.5.4真空处理：将经一次烘干的木材装上轨道小车，推入罐内，关闭并密封好罐门，关闭吸/进液阀，启动真空泵，直到真空度达到工艺要求-0.09MPa，保持真空15分钟，期间真空度若有下降，应追开真空至-0.09MPa；
2.5.5压力浸注：打开贮液池通往压力浸注罐管路上的阀门，药液在真空的作用下通过吸排管道进入压力浸注罐，当药液充满压力浸注罐时，即可关闭真空泵、吸排液管道上的阀门，打开加压管路通往压力浸注罐的阀门，启动加压泵，进行加压，待压力值稳定在2.5MPa时，关闭加压泵和加压管路上的阀门，保持压力3.5小时；
2.5.6木材出罐：经压力浸注后打开阀门排液阀门，启动管道泵，药液从压力浸注罐内抽入储液池。再稍等15分钟后，再次启动管道泵将木材上滴落至罐底的药液再次抽入储液池中，开罐门取出木材；
2.5.7二次烘干：对表面进行简单冲洗后将木材再次放入烘干窑，烘干处理至含水率8～12%，出窑备用。
实施例3：
3.1工艺原料：
甲醛 3150kg；
尿素 1860kg；
羧甲基纤维素钠 2.7kg；
氨水 360kg；
聚乙烯醇 12kg；
二乙二醇 3kg；
六次甲基四胺 15kg；
三聚氰胺 207kg；
水 21293.5kg；
麦芽糊精 2571.42kg；
木材 约9立方米。
3.2工艺设备：压力浸注罐20000L容积。
3.3药液调制：
3.3.1一次投料：在反应釜中按配比加入甲醛、先加入1320.6kg的尿素、聚乙烯醇、氨水、六次甲基四胺、100kg的水、三聚氰胺、羧甲基纤维素钠，加氢氧化钠调pH值至9.0；
3.3.2二次尿素：升温至96℃，保持20分钟，再加入186kg的尿素，保持20分钟；
3.3.3缩聚反应：冷却至86℃加甲酸调pH值至6.9进行缩聚反应，待到水点出现雾状，加氢氧化钠调pH值至9.5；
3.3.4三次尿素：冷却，85℃时最后加入剩余的353.4kg尿素，保持20分钟；
3.3.5四次加料：冷却至55℃时加入二乙二醇；
3.3.6冷却出料：继续冷却至45℃时放料。
3.4药液调制：
3.4.1将麦芽糊精投入搅拌器；
3.4.2加入水，升温至50℃；
3.4.3将混合物搅拌至澄清状态；
3.4.4再加入3.3过程制备的浸渍液，将混合液升温至60℃；
3.4.5将混合液搅拌至均匀；
3.4.6放料。最终调配后的药液：约30立方米。
3.5木材浸渍处理：
3.5.1首次烘干：将原木锯割后的湿锯材放入烘干窑，烘干处理含水率至15%，出窑；
3.5.2药液调制见3.3；
3.5.3药液调制见3.4；
3.5.4真空处理：将经一次烘干的木材装上轨道小车，推入罐内，关闭并密封好罐门，关闭吸/进液阀，启动真空泵，直到真空度达到工艺要求-0.095MPa，保持真空20分钟，期间真空度若有下降，应追开真空至-0.095MPa；
3.5.5压力浸注：打开贮液池通往压力浸注罐管路上的阀门，药液在真空的作用下通过吸排管道进入压力浸注罐，当药液充满压力浸注罐时，即可关闭真空泵、吸排液管道上的阀门，打开加压管路通往压力浸注罐的阀门，启动加压泵，进行加压，待压力值稳定在3.5MPa时，关闭加压泵和加压管路上的阀门。保持压力2小时；
3.5.6木材出罐：经压力浸注后打开阀门排液阀门，启动管道泵，药液从压力浸注罐内抽入储液池。再稍等20分钟后，再次启动管道泵将木材上滴落至罐底的药液再次抽入储液池中，开罐门取出木材；
3.5.7二次烘干：对表面进行简单冲洗后将木材再次放入烘干窑，烘干处理至含水率8～12%，出窑备用。
在上述1～3实施实例药液制备过程中使用的工艺设备均为5000L容积的反应釜，在每一实施例的一次投料过程中，各物料的投放次序不分先后；药液调制过程中使用的工艺设备均为3000L容积的加热温控式搅拌器。
经上述实施例1～3浸渍处理后的木材性能提升情况如下：
| 项目 | 速生木材原始 | 浸渍处理后 |
| 气干密度 | 0.3～0.4g/cm3 | 0.55～0.9g/cm3 |
| 硬度 | 约2000N | ＞3500N |
| 抗弯弹性模量 | 约8.0Gpa | ＞11Gpa |
| 抗弯强度 | 约55MPa | ＞80MPa |
| 阻燃等级 | F | C/Bfl |
| 尺寸稳定 | 径向＞4.62%,弦向＞8.97% | 径向＜0.7%,弦向＜0.8% |
| 游离甲醛释放量 | --- | ＜0.5mg/L |
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所有的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种速生材的浸渍方法，其特征在于该浸渍方法步骤如下：
（1）一次烘干：将原木锯割后的湿锯材放入烘干窑，烘干处理含水率至15～20%，出窑备用；
（2）药液制备：速生材浸渍液的制备步骤如下：（ⅰ）生产原料：该浸渍液由如下质量份数比的原料：甲醛970.0～1050.0份、尿素590.0～650.0份、羧甲基纤维素钠0.7～1.0份、氨水110.0～150.0份、三聚氰胺60.0～70.0份、聚乙烯醇2.0～5.0份、六次甲基四胺3.0～6.0份和二乙二醇0.1～50.0份；（ⅱ）一次投料：在反应釜中按上述份数的配比分别加入甲醛、聚乙烯醇、氨水、六次甲基四胺、三聚氰胺、羧甲基纤维素钠，先加入406.1～461.5份的尿素，搅匀后测pH值，加碱性物质调整pH值为7.5～9.0；（ⅲ）二次尿素：升温至85～96℃，保持10～30分钟，再加入53.1～71.5份的尿素，保持10～30分钟；（ⅳ）缩聚反应：冷却至80～86℃加酸性物质调pH值至5.8～6.9进行缩聚反应，待到水点出现雾状，测pH值，加碱性物质调整pH值为7.5～9.0；（ⅴ）三次尿素：待反应温度至80～85℃时最后加入剩余的尿素，保持10～30分钟；待冷却至55～60℃时加入二乙二醇；（ⅵ）冷却出料：继续冷却至50℃以下即可放料；
（3）药液调制：a.将质量份数比为1.8～2.5份的水投入搅拌器中，升温至30～50℃；b.再加入质量份数比为1份的如步骤（2）制成的浸渍液，将混合液升温至40～60℃，搅拌至均匀即可；
（4）真空处理：将含水率在15～20%以内的锯材置于浸注罐内，密闭后，负压至-0.08～-0.095MPa，保持10～30分钟；
（5）压力浸注：将药液注满浸注罐后，开启高压泵向罐内压注药液，当压力达到1.5～3.5MPa时停止压注，并保持压力2～4.5小时；
（6）木材出罐：压力浸注后放出药液，静置10～30分钟，开启罐门取出木材；
（7）二次烘干：对浸渍过的木材表面进行简单冲洗后，将木材再次放入烘干窑，烘干至含水率8～12%，出窑备用。
2.根据权利要求1所述的速生材浸渍方法，其特征在于组成该浸渍液最佳的质量份数比为：甲醛970.0～1050.0份、尿素600.0～620.0份、羧甲基纤维素钠0.7～0.9份、氨水120.0～140.0份、三聚氰胺65.0～69.0份、聚乙烯醇2.0～4.0份、六次甲基四胺3.0～5.0份、二乙二醇0.1～1.0份。
3.根据权利要求1或2所述的速生材浸渍方法，其特征在于所述的调整pH值的碱性物质为氢氧化钠。
4.根据权利要求1或2所述的速生材浸渍方法，其特征在于所述的调整pH值的酸性物质为甲酸、草酸、氯化铵中的一种或几种。
5.根据权利要求1或2所述的速生材浸渍方法，其特征在于药液制备过程中的一次投料后，根据反应釜内物料的溶解情况加入质量份数比≤200.0份的水。
6.根据权利要求1或2所述的速生材浸渍方法，其特征在于在药液调制步骤a之前，先将重量份数比为0.1～0.3份的麦芽糊精投入搅拌器中。
7.根据权利要求3所述的速生材浸渍方法，其特征在于在药液调制步骤a之前，先将重量份数比为0.1～0.3份的麦芽糊精投入搅拌器中。
8.根据权利要求4所述的速生材浸渍方法，其特征在于在药液调制步骤a之前，先将重量份数比为0.1～0.3份的麦芽糊精投入搅拌器中。
9.根据权利要求5所述的速生材浸渍方法，其特征在于在药液调制步骤a之前，先将重量份数比为0.1～0.3份的麦芽糊精投入搅拌器中。
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