CN103659972B - 一种木材的酯化、压缩增强方法及一种酯化、压缩增强材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种木材的酯化、压缩增强方法，该方法包括：将木材与含有醋酸酐的流体接触得到接触后的物料，接触的条件包括：压力为0.1-2.0MPa，温度为60-140℃，所述含有醋酸酐的流体与木材的体积比为1-10:1；将所述接触后的物料冷却，然后排出流体得到接触后的木材；在汽蒸条件下，将所述接触后的木材与水蒸气接触，得到汽蒸后的木材；将所述汽蒸后的木材先后进行热压和冷压。本发明提供了一种由本发明的木材的酯化、压缩增强方法得到的酯化、压缩增强材料。本发明的酯化方法，具有更高的酯化率，且结合后期的压缩增强处理，得到的酯化、压缩增强材料具有抗胀率高、耐腐性强、密度大、硬度、抗弯强度和抗弯弹性模量高等优点。

Description

一种木材的酯化、压缩增强方法及一种酯化、压缩增强材料

技术领域

本发明涉及一种木材的酯化、压缩增强方法，以及一种由本发明的木材的酯化、压缩增强方法得到的酯化、压缩增强材料。

背景技术

木材是一种天然的多孔性的纤维材料，在建筑、家具、室内装饰和纸浆造纸等领域得到广泛的应用。多年来，我国人工林面积一直稳居世界第一，人工林木材资源非常丰富。然而，由于人工林木材生长周期短，变异性大，材性往往存在缺陷，如杨木、杉木、柳杉等材质软、密度低，在制作地板、家具等产品时强度不够；而落叶松、桉树木材等虽然材质较硬、密度较高，但生长应力大、尺寸不稳定，如落叶松木材在金属钉钉入后会产生较大裂缝，桉树木材在干燥时易产生皱缩、开裂等干燥缺陷，这些缺陷致使我国丰富的人工林木材资源的应用范围受到很大限制，而且产品附加值低，因此，有必要对人工林木材进行处理，以克服其材性缺陷，延长其使用寿命，使其可替代天然林木材资源用于地板、家具、门窗等高附加产品的加工利用。

众所周知，采用醋酸酐对木材进行酯化处理，可提高木材的塑性，减小木材的内在应力，同时可显著提高木材的尺寸稳定性和耐腐性，从而延长木质品的使用寿命，而醋酸酐酯化处理木材后，由于酸的存在会造成木材成分中多聚糖的降解，从而造成木材某些力学性能的损失，如抗弯强度、抗弯弹性模量等，所以，利用酯化材塑性好的特点，可在不破坏其细胞壁组织的前提下，对酯化材再进行热压缩处理，以提高木材的密度、强度和尺寸稳定性。

现有的醋酸酐酯化木材处理工艺，多采用二甲苯或氯化烃等溶剂作稀释剂，以吡啶、硫酸或无水高氯酸镁等为催化剂，将木材与醋酸酐接触进行酯化反应来实现。

虽然催化剂的加入提高了酯化反应的速度，但同时也给后续的分离、回收再利用造成了很大困难，并且现有技术的酯化木材处理工艺会对木材的强度造成一定的损失，一般在10%左右。

因此，在现有技术的基础上开发出一种工艺简单、反应液易分离且能够使材料具有优良的尺寸稳定性、耐腐性和较高的强度性质的处理工艺将具有很大的工业应用价值。

发明内容

本发明的目的在于开发出一种工艺简单且得到的酯化、压缩增强材料具有优异的性质的木材的酯化、压缩增强方法。

为实现前述目的，本发明提供了一种木材的酯化、压缩增强方法，其中，该方法包括：

（1）将木材与含有醋酸酐的流体接触得到接触后的物料，接触的条件包括：压力为0.1-2.0MPa，温度为60-140℃，所述含有醋酸酐的流体与木材的体积比为1-10:1；

（2）将所述接触后的物料冷却，然后排出流体得到接触后的木材；

（3）在汽蒸条件下，将所述接触后的木材与水蒸气接触，得到汽蒸后的木材；

（4）将所述汽蒸后的木材先后进行热压和冷压。

本发明提供了一种由本发明的木材的酯化、压缩增强方法得到的酯化、压缩增强材料。

本发明的木材的酯化、压缩增强方法，在步骤（1）中通过将木材与含有醋酸酐的流体接触，并合理的控制接触过程中流体的用量，并对流体进行加热加压使木材与醋酸酐发生酯化反应，使得本发明的方法无需在任何催化剂的作用下即可以很好的进行木材的酯化，且得到的材料具有较高的酯化率。进一步，相比于现有技术的将木材与含有醋酸和醋酸酐的混合流体接触，然后排出混合流体再引入气体对接触后的木材进行加热加压完成酯化反应的酯化方法，本发明的直接在木材的接触过程中进行加热加压完成木材与醋酸酐的酯化的酯化方法，具有更高的酯化率，且结合后期的压缩增强处理（即步骤（2）-步骤（4）的处理），得到的酯化、压缩增强材料具有抗胀率高、耐腐性强、密度大、硬度、抗弯强度和抗弯弹性模量高等优点，且具有尺寸稳定和优良的防虫耐腐等新功能，其产品附加值高，可以用于制作门窗、地板、家具、室外平台甲板等，如此大大拓展了木材的实木应用范围，对于实现以速生丰产木材代替日益稀少的珍贵天然林木材，促进我国木材资源的可持续发展具有十分重要的现实意义。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种木材的酯化、压缩增强方法，其中，该方法包括：

（1）将木材与含有醋酸酐的流体接触得到接触后的物料，接触的条件包括：压力为0.1-2.0MPa，温度为60-140℃，所述含有醋酸酐的流体与木材的体积比为1-10:1；

（2）将所述接触后的物料冷却，然后排出流体得到接触后的木材；

（3）在汽蒸条件下，将所述接触后的木材与水蒸气接触，得到汽蒸后的木材；

（4）将所述汽蒸后的木材先后进行热压和冷压。

根据本发明的木材的酯化、压缩增强方法，步骤（1）中通过将木材与含有醋酸酐的流体接触，并合理的控制流体的用量，并对流体进行加热加压使木材与醋酸酐发生酯化反应，使得本发明的方法无需在任何催化剂的作用下即可以很好的进行木材的酯化，且得到的材料具有较高的酯化率。

根据本发明的木材的酯化、压缩增强方法，步骤（1）中只要保证在将木材与含有醋酸酐的流体的接触过程中对流体进行加热加压，且合理的控制流体的用量使木材与醋酸酐发生酯化反应即可很好的实现本发明的目的，针对本发明，优选步骤（1）中所述含有醋酸酐的流体与木材的体积比为2-5:1。

根据本发明的木材的酯化、压缩增强方法，步骤（1）中只要保证在将木材与含有醋酸酐的流体接触的过程中对流体进行加热加压使木材与醋酸酐发生酯化反应即可很好的实现本发明的目的，针对本发明，优选步骤（1）中所述接触的压力为0.5-1.5MPa，优选为0.6-0.8MPa；温度为90-140℃，更优选为110-135℃，如此可以进一步提高木材的酯化率和酯化均匀度，且可以保证木材在进行后续热压和冷压的过程中不会因压力过大而被压溃，或因温度过高而被焦化。

根据本发明的木材的酯化、压缩增强方法，步骤（1）中所述接触的时间的可选范围较宽，一般控制为0.5-10h，更优选为2-8h。

根据本发明的木材的酯化、压缩增强方法，步骤（1）中所述流体中不含有酯化催化剂，即本发明的木材的酯化、压缩增强方法无需在酯化催化剂存在下进行即可很好的完成木材的酯化，且能够获得较高的酯化率，且进一步，相比于现有技术的加入酯化催化剂进行酯化的酯化方法，本发明的方法可以有效节约催化剂的投入成本，并且可以有效减少催化剂与反应液的分离成本。

根据本发明的木材的酯化、压缩增强方法，为了进一步提高木材的酯化率，优选本发明的步骤（1）中所述流体中还含有酯化稀释剂，所述酯化稀释剂为本领域所熟知的用于酯化反应的稀释剂。例如可以选自C6-C10的芳烃、C1-C10的卤代烃、C1-C10的酸中的一种或多种，针对本发明，优选所述酯化稀释剂为C6-C10的芳烃和C1-C10的酸中的一种或多种，为了进一步减少后续的分离成本和进一步提高酯化率，优选所述稀释剂为醋酸；特别优选流体中醋酸与醋酸酐的体积比为0.001-0.5:1，优选为0.01-0.25:1，更优选为0.02-0.2:1。

根据本发明的木材的酯化、压缩增强方法，为了使得所述含有醋酸酐的流体可以很好的渗透进入纤维材料的细胞壁以更好的完成酯化反应，优选本发明的方法还包括：在进行步骤（1）之前，即在将木材与含有醋酸酐的流体接触之前，将木材抽真空。

本发明中将所述木材抽真空的主要目的是除去木材中的气体如空气，以使得含有醋酸酐的流体可以很好的渗透进入木材的细胞壁以更好的完成酯化反应，从而可以进一步提高木材的酯化率，对此本领域技术人员均能知悉。

根据本发明的木材的酯化、压缩增强方法，将所述木材抽真空的方法可以参照现有技术进行，例如一般可以将木材置于可加热的耐高压罐体中，通过抽真空，使罐体内部达到0.08-0.1MPa的负压状态，保持一段时间一般为30-60min，从而完成木材的抽真空步骤。

本发明中，负压亦指的相对真空度。

根据本发明的木材的酯化、压缩增强方法，优选本发明的方法还包括：在进行步骤（3）之前，将所述接触后的木材抽真空。

本发明中，将所述接触后的木材抽真空的目的主要是为了排出接触后的木材中未发生酯化反应的剩余流体，以使得之后的汽蒸过程中水蒸气能够更加通畅地进出木材的细胞腔及细胞间隙，从而除去木材中未反应的酸性物质，同时也可在一定程度上减少汽蒸过程中水蒸气的消耗量。

本发明中，将所述接触后的木材抽真空的方法有很多种，例如为了更好的排出接触后的木材中的剩余流体，优选对接触后的木材进行间歇式抽真空以使得接触后的木材中的剩余流体排出的更加彻底，具体地，可以通过对接触后的木材所在的容器进行间歇式抽真空来完成接触后的木材的抽真空过程，即使得接触后的木材在真空状态的容器中保持一段时间，然后排出流体，继续对容器进行抽真空，保持一段时间后，再排出流体，依据需要重复此过程即可。

根据本发明的木材的酯化、压缩增强方法，一般将所述接触后的物料于室温下冷却即可完成本发明的步骤（2）中所述冷却，但合理的控制冷却的温度可以使得本发明的酯化后的木材的可加工性增强，因此，针对本发明，优选步骤（2）中将所述接触后的物料冷却至40℃以下，更优选为20-30℃。

根据本发明的木材的酯化、压缩增强方法，优选步骤（3）中所述汽蒸的条件包括：接触的压力为0.1-0.4MPa，优选为0.15-0.3MPa；温度为100-140℃，优选为110-130℃；水蒸气与木材的体积比为0.5-5:1，优选为1-4:1。本发明中，通过汽蒸所述接触后的木材，使得汽蒸后的木材可以很好的进行后续的加工处理过程（例如压缩过程）。

根据本发明的木材的酯化、压缩增强方法，优选步骤（4）中所述热压的温度为140-160℃，压力为10-30MPa，保压时间为30-40min；冷压的温度为常温（一般为零下10℃至零上40℃，在本发明的具体实施例中不再具体强调），压力为5-10MPa，保压时间为8-24h。

根据本发明的木材的酯化、压缩增强方法，通过将酯化后的木材先后进行抽真空、汽蒸，然后将汽蒸后的材料先后进行热压和冷压得到酯化压缩、增强材料，前述酯化压缩、增强材料相比于未经处理的木材具有更高的密度、更高的强度和更高的硬度，且具有尺寸稳定和优良的防虫耐腐等新功能，其产品附加值高，可以用于制作门窗、地板、家具、室外平台甲板等，如此大大拓展了木材的实木应用范围，对于实现以速生丰产木材代替日益稀少的珍贵天然林木材，促进我国木材资源的可持续发展具有十分重要的现实意义。

根据本发明的木材的酯化、压缩增强方法，本发明中所述木材的种类的可选范围较宽，现有技术的木材均可采用本发明的方法进行处理，例如可以为针叶材（如松木、杉木、柳杉等）和阔叶材（如杨木、泡桐等）中的一种或多种。

根据本发明的木材的酯化、压缩增强方法，所述木材的含水率的可选范围较宽，现有技术的含水率较低的干的木材和现有技术的含水率较高的湿的木材均可采用本发明的方法进行处理，而本发明的发明人研究发现，合理的控制木材的含水率可以进一步提高酯化率，因此，本发明优选所述木材的含水率为5-20重量%，优选为8-15重量%。

本发明的木材的酯化、压缩增强方法一般可以在耐高压的罐体中进行，对此，本领域技术人员均能知悉。

根据本发明的一种特别优选的实施方式，本发明的木材的酯化、压缩增强方法可以按如下具体步骤进行：

（a）木材的抽真空过程：将含水率为5-20重量%的木材置于可加热的耐高压罐体中进行抽真空，使得耐高压罐体处于真空状态（0.08-0.1MPa的负压），木材在真空状态的耐高压罐体中保持30-60min，由此实现木材的抽真空；

（1）酯化过程：在真空作用下，将含有醋酸酐和稀释剂的流体注入耐高压罐体中，持续加热加压进行酯化；

（2）冷却、抽真空过程：将流体冷却至40℃以下，然后将其从耐高压罐体内排出，然后对耐高压罐体进行间歇式抽真空，实现接触后的木材的抽真空过程；

（3）汽蒸过程：通入水蒸气至耐高压罐体中与抽真空后的木材接触，实现抽真空后的木材的汽蒸过程；

（4）将汽蒸后的木材先后移入热压机、冷压机中进行热压和冷压。

本发明提供了一种由本发明的木材的酯化、压缩增强方法得到的酯化、压缩增强材料。

本发明的酯化、压缩增强材料具有抗胀率高、耐腐性强、密度大、硬度、抗弯强度和抗弯弹性模量高等优点，且具有尺寸稳定和优良的防虫耐腐等新功能，其产品附加值高，可以用于制作门窗、地板、家具、室外平台甲板等。

下面通过具体实施例对本发明进行详细的说明，但本发明不局限于此。

本发明中，木材的酯化率是指木材材料中的羟基被乙酰基所取代而形成酯键结合的百分率，即羟基的取代率，通过高压液相色谱方法测得。

本发明中，含水率是指木材中所含水分的数量，即以水分重量占木材总重量的百分率计算，通过称重方法测得。

本发明中，抗胀率按如下公式计算得到：抗胀率=（酯化压缩处理前的木材材料的体积湿胀率-酯化压缩处理后的酯化压缩、增强材料的体积湿胀率）/酯化压缩处理前的木材材料的体积湿胀率×100%。

本发明中，压缩率指的是木材被压缩的百分率，具体地，压缩率=（木材压缩前的初始厚度-木材被压缩后的厚度）/木材压缩前的初始厚度×100%

本发明中，密度，抗弯强度，抗弯弹性模量，硬度，体积湿胀率分别按照国家标准GB/T1933-2009，GB/T1936.1-2009，GB/T1936.2-2009，GB/T1941-2009，GB/T1934.2-2009规定的测定方法进行测定。

实施例1

（a）将规格为2000mmx200mmx30mm（纵向×弦向×径向）、含水率为8重量%的人工林杨木板材规整地码放于可加热的耐高压罐体中，关闭耐高压罐体，开始抽真空，使罐体内部达到0.09MPa的负压状态，保持45min；

（1）然后在真空作用下，将醋酸酐与醋酸的流体注入耐高压罐体（流体与人工林杨木板材的体积比为2:1），流体中醋酸占15体积%，醋酸酐占85体积%，然后持续加热，使耐高压罐体内部流体温度保持在120℃，同时使耐高压罐体内部压力维持在0.8MPa，如此保持3h；

（2）然后通过耐高压罐体的冷水循环系统使耐高压罐体内流体温度降至30℃，从耐高压罐体中排出流体，然后对罐体进行间歇式抽真空，达到0.08MPa的负压状态时，保持20min，然后解除真空，排出耐高压罐体中的流体，重复此步骤多次，直到耐高压罐体中无剩余流体排出；

（3）然后通入温度为110℃的水蒸气至耐高压罐体中，水蒸气与人工林杨木板材的体积比为2:1，保持耐高压罐体内压力为0.15MPa，温度为110-120℃，维持1h；

（4）然后将人工林杨木板材从耐高压罐体中移出后放入热压机中进行热压，用厚度规控制木材压缩率为10%，热压板温度为140℃，压力为15MPa，保压时间为30min；

热压完毕后再将人工林杨木板材移至冷压机中进行冷却定型（即冷压），压力为5MPa，保压时间为12h，最后得到酯化-压缩增强人工林杨木板材，其增重率为28重量%，酯化率为25%，密度提高35.5%，抗弯强度提高32%，抗弯弹性模量提高25%，硬度提高15%，抗胀率达到60%，耐腐蚀性能达到国家标准GB/T13942.1-1992《木材天然耐久性试验方法木材天然耐腐性实验室试验方法》中所规定的Ⅰ级别（强耐腐）的要求。

实施例2

（a）将规格为2000mmx150mmx40mm（纵向×弦向×径向）、含水率为10重量%的人工林杨木板材规整地码放于可加热的耐高压罐体中，关闭耐高压罐体，开始抽真空，使罐体内部达到0.09MPa的负压状态，保持40min；

（1）然后在真空作用下，将醋酸酐与醋酸的流体注入耐高压罐体（流体与板材的体积比为3:1），流体中醋酸占10体积%，醋酸酐占90体积%，然后持续加热，使耐高压罐体内部流体温度保持在130℃，同时使耐高压罐体内部压力维持在0.6MPa，如此保持4h；

（2）然后通过耐高压罐体的冷水循环系统使耐高压罐体内流体温度降至25℃，从耐高压罐体中排出流体，然后对罐体进行间歇式抽真空，达到0.08MPa的负压状态时，保持20min，然后解除真空，排出耐高压罐体中的流体，重复此步骤多次，直到耐高压罐体中无剩余流体排出；

（3）然后通入温度为120℃的水蒸气至耐高压罐体中，水蒸气与人工林杨木板材的体积比为1.5:1，保持耐高压罐体内压力为0.2MPa，温度为120-125℃，维持1h；

（4）然后将人工林杨木板从耐高压罐体中移出后放入热压机中进行热压，用厚度规控制木材压缩率为15%，热压板温度为150℃，压力为20MPa，保压时间为30min；

热压完毕后再将木材移至冷压机中进行冷却定型（即冷压），压力为8MPa，保压时间为15h，最后得到酯化-压缩增强人工林杨木板，其增重率为30重量%，酯化率为28%，密度提高38%，抗弯强度提高36%，抗弯弹性模量提高30%，硬度提高18%，抗胀率达到65%，耐腐蚀性能达到国家标准GB/T13942.1-1992《木材天然耐久性试验方法木材天然耐腐性实验室试验方法》中所规定的Ⅰ级别（强耐腐）的要求。

实施例3

（a）将规格为4000mmx150mmx40mm（纵向×弦向×径向）、含水率为15重量%的人工林杨木板材规整地码放于可加热的耐高压罐体中，关闭耐高压罐体，开始抽真空，使罐体内部达到0.09MPa的负压状态，保持40min；

（1）然后在真空作用下，将醋酸酐与醋酸的流体注入耐高压罐体（流体与板材的体积比为5:1），流体中醋酸占3体积%，醋酸酐占97体积%，然后持续加热，使耐高压罐体内部流体温度保持在135℃，同时使耐高压罐体内部压力维持在0.8MPa，如此保持8h；

（2）然后通过耐高压罐体的冷水循环系统使耐高压罐体内流体温度降至25℃，从耐高压罐体中排出流体，然后对罐体进行间歇式抽真空，达到0.09MPa的负压状态时，保持30min，然后解除真空，排出耐高压罐体中的流体，重复此步骤多次，直到耐高压罐体中无剩余流体排出；

（3）然后通入温度为130℃的水蒸气至耐高压罐体中，水蒸气与人工林杨木板材的体积比为1:1，保持耐高压罐体内压力为0.25MPa，温度为120-130℃，维持2h；

（4）然后将人工林杨木板材从耐高压罐体中移出后放入热压机中进行热压，用厚度规控制木材压缩率为20%，热压板温度为160℃，压力30MPa，热压时间40min；

热压完毕后再将木材移至冷压机中进行冷却定型（即冷压），压力为10MPa，保压时间为16h，最后得到酯化-压缩增强人工林杨木板，其增重率为32重量%，酯化率为30%，密度提高42%，抗弯强度提高55%，抗弯弹性模量提高40%，硬度提高25%，抗胀率达到70%，耐腐蚀性能达到国家标准GB/T13942.1-1992《木材天然耐久性试验方法木材天然耐腐性实验室试验方法》中所规定的Ⅰ级别（强耐腐）的要求。

实施例4

按照实施例1的方法处理人工林杨木板材，不同的是步骤（1）中耐高压罐体内部流体温度保持在70℃，压力维持在0.4MPa，得到的酯化-压缩增强人工林杨木板增重率为10重量%，酯化率为8%，密度提高5.5%，抗弯强度提高6%，抗弯弹性模量提高4%，硬度提高2%，抗胀率达到30%，耐腐蚀性能达到国家标GB/T13942.1-1992《木材天然耐久性试验方法木材天然耐腐性实验室试验方法》中所规定的Ⅱ级别（稍耐腐）的要求。

实施例5

按照实施例1的方法处理人工林杨木板材，不同的是步骤（1）中流体中醋酸占50体积%，醋酸酐占50体积%，得到的酯化-压缩增强人工林杨木板增重率为13重量%，酯化率为10%，密度提高6%，抗弯强度提高6.5%，抗弯弹性模量提高5%，硬度提高3%，抗胀率达到35%，耐腐蚀性能达到国家标准GB/T13942.1-1992《木材天然耐久性试验方法木材天然耐腐性实验室试验方法》中所规定的Ⅱ级别（稍耐腐）的要求。

实施例6

按照实施例1的方法处理人工林杨木板材，不同的是步骤（1）中流体与板材的体积比为0.5:1，得到的酯化-压缩增强人工林杨木板增重率为5重量%，酯化率为4%，密度提高3%，抗弯强度提高2.5%，抗弯弹性模量提高2%，硬度提高2%，抗胀率达到28%，耐腐蚀性能达到国家标准GB/T13942.1-1992《木材天然耐久性试验方法木材天然耐腐性实验室试验方法》中所规定的Ⅲ级别（稍耐腐）的要求。

实施例7

按照实施例1的方法处理人工林杨木板材，不同的是，不经过步骤（3）的汽蒸过程直接进行热压和冷压，由于没有得到充分的软化，使得材料在压缩后产生了回弹，得到的酯化-压缩增强人工林杨木板除增重率、酯化率、耐腐性保持与实施例1得到的木材材料相差不多外，其他性能的改良效果均不如实施例1，其中，密度提高25%，抗弯强度提高15%，抗弯弹性模量提高10%，硬度提高8%，抗胀率达到45%。

实施例8

按照实施例1的方法处理人工林杨木板材，不同的是使用的人工林杨木板材为含水率为35重量%的人工林杨木板材，得到的酯化-压缩增强人工林杨木板增重率为18重量%，酯化率为15%，密度提高16%，抗弯强度提高12%，抗弯弹性模量提高10%，硬度提高6%，抗胀率达到40%，耐腐蚀性能达到国家标准GB/T13942.1-1992《木材天然耐久性试验方法木材天然耐腐性实验室试验方法》中所规定的Ⅱ级别（耐腐）的要求。

对比例1

目前现有的醋酸酐酯化处理纤维材料技术，一般是将流体（醋酸酐或醋酸酐与其他液体的混合流体）排出后再引入惰性气体进行加热加压完成对纤维材料的酯化，这与本发明的直接在纤维材料与混合流体的接触过程中进行加热加压完成对纤维材料的酯化有所不同，若其余步骤和工艺参数保持与本发明的实施例1相同，即按照以下步骤进行：

（a）将规格为2000mmx200mmx30mm（纵向×弦向×径向）、含水率为8重量%的人工林杨木板材规整地码放于可加热的耐高压罐体中，关闭耐高压罐体，开始抽真空，使罐体内部达到0.09MPa的负压状态，保持45min；

（1）然后在真空作用下，将醋酸酐与醋酸的流体注入耐高压罐体（流体与人工林杨木板材的体积比为2:1），流体中醋酸占15体积%，醋酸酐占85体积%，然后加压，使耐高压罐体内部压力维持在0.6MPa，保持2h后卸压，将罐体内醋酸酐与醋酸的混合流体排出后，通入氮气或二氧化碳等惰性气体并持续加热，使耐高压罐体内部温度保持在120℃，同时罐体内部压力维持在0.8MPa，保持4h；

（2）然后通过耐高压罐体的冷水循环系统使耐高压罐体内温度降至30℃，从耐高压罐体中排出惰性气体，然后对罐体进行间歇式抽真空，达到0.08MPa的负压状态时，保持20min，然后解除真空，排出耐高压罐体中的流体，重复此步骤多次，直到耐高压罐体中无剩余流体排出；

（3）然后通入温度为110℃的蒸汽至耐高压罐体中，水蒸气与人工林杨木板材的体积比为2:1，保持耐高压罐体内压力为0.15MPa，温度为110-120℃，维持1h；

（4）然后将人工林杨木板材从耐高压罐体中移出后放入热压机进行热压，用厚度规控制木材压缩率为10%，热压板温度为140℃，压力15MPa，热压时间30min；

热压完毕后再将木材移至冷压机进行冷却定型（即冷压），压力5MPa，保压时间12h，最后得到酯化-压缩增强人工林杨木板，其增重率为24重量%，酯化率为20%，密度提高28%，抗弯强度提高25%，抗弯弹性模量提高20%，硬度提高12%，抗胀率达到50%，耐腐蚀性能达到国家标准GB/T13942.1-1992《木材天然耐久性试验方法木材天然耐腐性实验室试验方法》中所规定的Ⅱ级别（强耐腐）的要求。

可见，与本发明的木材酯化-压缩增强技术相比，现有的木材酯化处理技术配合热压缩增强技术，得到的木材酯化率比本发明要低5%左右，材料的密度、尺寸稳定性、抗弯强度、抗弯弹性模量、硬度和耐腐性均低于本发明的酯化-压缩增强材料，而且采用气体加热加压对材料进行酯化的方法，工艺相对复杂、可控性不高、危险性大，所以对酯化处理设备的技术要求就高，处理成本也会相应增大。

由实施例和对比例的结果可以看出，本发明的木材的酯化、压缩增强方法具有酯化率高，且得到的木材具有更高的密度、更高的强度和更高的硬度等优点，并且具有尺寸稳定和优良的防虫耐腐等新功能，其产品附加值高，可以用于制作门窗、地板、家具、室外平台甲板等，如此大大拓宽了木材的实木应用范围，对于实现以速生丰产木材代替日益稀少的珍贵天然林木材，促进我国木材资源的可持续发展具有十分重要的现实意义。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (16)

1.一种木材的酯化、压缩增强方法，其特征在于，该方法包括：

（1）将木材与含有醋酸酐的流体接触得到接触后的物料，接触的条件包括：压力为0.1-2.0MPa，温度为60-140℃，所述含有醋酸酐的流体与木材的体积比为1-10:1，所述木材的含水率为5-20重量%；

（2）将所述接触后的物料冷却至40℃以下，然后排出流体得到接触后的木材；

（3）在汽蒸条件下，将所述接触后的木材与水蒸气接触，得到汽蒸后的木材，其中，汽蒸的条件包括：接触的压力为0.1-0.4MPa，温度为100-140℃，水蒸气与木材的体积比为0.5-5:1；

（4）将所述汽蒸后的木材先后进行热压和冷压，所述热压的温度为140-160℃，压力为10-30MPa，保压时间为30-40min；冷压的温度为零下10℃至零上40℃，压力为5-10MPa，保压时间为8-24h。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤（1）中所述含有醋酸酐的流体与木材的体积比为2-5:1。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤（1）中所述接触的压力为0.5-1.5MPa，温度为90-140℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤（1）中所述接触的时间为0.5-10h。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤（1）中所述接触的时间为2-8h。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，步骤（1）中所述含有醋酸酐的流体中不含有酯化催化剂。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，所述含有醋酸酐的流体中还含有酯化稀释剂，所述酯化稀释剂选自C6-C10的芳烃、C1-C10的卤代烃、C1-C10的酸中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述酯化稀释剂为醋酸。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，醋酸与醋酸酐的体积比为0.001-0.5:1。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，醋酸与醋酸酐的体积比为0.01-0.25:1。

11.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括：在进行步骤（1）之前，将所述木材抽真空。

12.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括：在进行步骤（3）之前，将所述接触后的木材抽真空。

13.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，步骤（2）中将所述接触后的物料冷却至20-30℃。

14.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，步骤（3）中所述汽蒸的条件包括：接触的压力为0.15-0.3MPa；温度为110-130℃；水蒸气与木材的体积比为2-4:1。

15.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，所述木材为针叶材和/或阔叶材，所述木材的含水率为8-15重量%。

16.一种由权利要求1-15中任意一项所述的方法得到的酯化压缩、增强材料。