CN103934874B - 一种白杨木环保型家具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种白杨木环保型家具及其制造方法，所述方法采用：对白杨木采用浸渍干燥改性剂进行浸渍干燥改性、采用微波干燥技术对改性后的白杨木进行干燥、采用合金钢和多齿数的刀具对白杨木进行改料、采用环保型双组份水性拼板胶粘剂对木板就行胶接、采用UV光固化涂料涂覆。本发明实现了以国产白杨木为原料的环保型白杨木实木家具的生产和应用，是木材和家具产业的重大变革，具有重大的现实意义和推广应用价值。

Description

一种白杨木环保型家具及其制造方法

技术领域：

  本发明属于家具木材制造领域，具体涉及一种采用“白杨木浸渍干燥改性”浸渍技术处理后的白杨木为木质原料，经过一系列步骤制成环保型高档实木家具的方法。

技术背景：

以往在北美、欧洲、亚洲等地，时尚流行的白（浅）色家俱多用印尼、意大利产的白木及椴木为原料加工，资源稀缺、价格昂贵，而国内时尚的白木家俱，由于树种颜色的限制而高不可攀和望尘莫及。

白杨木是一种速生丰产树种，大叶杨、小叶杨、白杨、椴杨等各种杨木树种的总称。是我国南北方均有的广泛生态木，尤其在黑龙江大小兴安岭，白杨资源覆盖面积大、产量足、原生态、生长周期短，具有天然纯白、光泽剔透、纹理清晰、质地细腻、物美价廉等优势，但由于白杨木纤维结构和细胞质的独特导致材质较差，易变形、起毛、起刺、柔韧性大、不易加工等致命缺陷。因此，长期以来限制了白杨木在高档实木家俱、实木门、装饰木线条等方面的应用，只能制作包装箱、建筑模板、托盘、复合地板的芯板之类的低价值产品，从未踏进豪华高档之门。

并且白杨木药用价值突出，杨树皮在《本草纲目》中可止痢及治疗慢性气管炎，杨树内的不饱和脂肪酸乙酯能显著降低高血脂，杨木中的磷脂、胡萝卜素等生物活性物质安全无毒，可对人体健康有保护作用。当前，全球森林现状堪忧，全球80%的原始森林已消失殆尽，我国森林资源也日渐匮乏。我国广大农村的荒山、荒坡或将基本农田土地都可种植速生的杨木，充分发挥了土地的利用率，有效的填补了木材不足的缺口，同时，白杨还木具调节空气、吸收噪音、杀菌减排、释放氧气、保护水土等环境生态效果，并可保护珍贵树种。

木材的主要成分是纤维素、半纤维素及木质素，次要成分是灰分、油脂、树脂、精油、丹宁、色素、含氮化合物等，随树种和树龄的变化，其物理和机械性能差异较大，同时由于加工过程物理化学变化，导致木材的化学成分随之变化而产生色差。

本发明在利用白杨木生产生态实木家具的过程中，需要对白杨木原料进行前改性处理，在各个环节及辅料上均掌握无毒性，才能制备真正的环保生态家具。

进一步地，长期以来木材加工多采用手工或半机械化操作方式，生产效率低成本高，费工费时，产品造型粗糙不美观，为此白杨木家俱的生产需采用成套的加工设备，实现规模化和现代化。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，主要采用“白杨木浸渍干燥改性”技术，并通过其他多项技术关键的突破，能做到以多年残次树种的白杨木作为原材料，生产环保型白杨木高档实木家俱，提高白杨木的附加值；并且使加工的过程简单、效率高，能够实现规模化。

本发明的技术方案：

1．研制“白杨木浸渍干燥改性”技术的配方，改进木材结构及性能；

2.将木材蒸汽干燥的传统工艺改为微波干燥技术，提高干燥效率及降低成本；

3.研制环保型双组份水性拼板胶粘剂，代替普通有污染的拼板胶，达到绿色环保；

4.采用环保型UV固化涂料代替传统的含苯聚酯木器漆，使家具绿色美观；

5.  改进白杨木切削用刨刀刀具的形状，以适应韧性白杨木的机械加工。

通过以上五点技术创新及关键问题的突破，使白杨木可用于生产白色环保新型实木家俱。达到有机溶剂（苯、酮、酯、烷）及重金属的零释放、零污染。

为实现上诉目的本发明实施方案具体说明如下：

1） 研制“白杨木浸渍干燥改性”技术

白杨木材为多孔的吸湿体，在浸渍剂的作用下，白杨木中的纤维素、木质素，可缩聚成新的高分子物，产生新的物质，渗透到木材内部，增加材质密度和强度，堵塞了白杨木的孔隙，排除空气，使白杨木的结构发生质地变化。

白杨木木材在浸渍蒸煮池内（20m3）经过100℃热浸渍12h，使白杨木的水份达到70%左右。

2）采用微波干燥技术

浸渍后的木材，经过2到3天的自然晾晒，水份降至20%。可进入WB型微波烘干装置内，微波干燥的特点是水分从木材芯部向外受热散发、受热均匀、内应力小、防止表面变形、塌陷、侧弯、达到高效节能绿色环保的目的。

传统的蒸汽干燥窑不能干燥60mm以上的特厚木材而且干燥周期需要两个月以上，干燥胶无法消除内应力，制成成品后仍易变性，开裂，同时耗费能源，成本大效率低。

长期以来，木材企业干燥工序面临着高能耗、高成本、低质量、低效率的困难局面，并容易在干燥过程中产生无法利用的废料，本发明研制的木材微波干燥设备不但可以干燥厚木板，同时干燥时间仅需6小时即可完成，其优点为：木材应力处理完全，减少废料，缩短干燥时间，节约能源。板材芯部水分小于表面水分，可以干燥板材厚度60mm-250mm。

3）研制环保型双组份水性拼板胶粘剂传统的拼板胶粘剂多为有毒的异氰酸酯做固化剂，在家具的使用中，由于渗入木材内部长期慢慢释放环境污染，为此现采用进口无毒的固化剂代替上述主组份，彻底消除污染。

4）采用环保型UV固化涂料实木家具的表面涂装，可赋予产品美丽的外观和提高产品质量：耐水、耐候、耐磨、耐尘、防腐蚀、高强度等优异性能，现采用环保节能型UV固化涂料，装饰家具表面是木器行业的重大更新换代和技术突破，涂层分为三层结构，一层是封闭层将疏松的木材封闭，二层是底层可用透明的涂料保护木纹的天然效果，同时可用白色的着色剂增白，消除色斑和色差，三层为高光或哑光透明层。UV固化涂料可保持漆面丰满、平滑、光泽、柔韧、防缩孔。涂料中的光敏引发剂，经紫外灯的光激发后，形成活性自由基而交联固化。用此涂料代替传统的聚酯木器漆（含苯），从家具产品结构上，提升为环保型。

5）改进白杨木切削刀具的形状白杨木是树的一部分，在机械加工中需经过高速切削，为了获得光洁的刀切表面必须选用白杨木的专用刀具，以消除各种切削阻力，为了使切削刀具的材质和形状，适应高速切削，它与树的种类、树龄、纹向、含水率等因素有关。现将常用的四齿木材加工刀具改用多齿以适应白杨木的切削加工。

附图说明：

图1为现有技术中的刀具的结构图；

图2为本发明的工艺流程图。

具体实施方式：

  本发明的具体实施方式将根据说明书附图对本发明作详细说明：

在本发明的方法中，包括：

一、 科学配制白杨木浸渍干燥改性剂，所述改性剂组成如下：

1）水溶性有机硅—丙烯酸树脂（进口或国产）EA168S

   丙烯酸酯为主单体，有机硅为改性单体，以水为溶剂进行溶液聚合制成单向均匀牛顿型丙烯酸树脂，成膜形及流平性良好，能消除白杨木的毛刺，提高耐磨性和硬度，其中半成品固含量：20±1%，PH值6.5-7.5。

2）甲基纤维素：MC型号55RT（外购）甲基纤维素是一种非离子型半合成高分子聚合物，具有水溶性、表面活性及无毒性，白色粉末状、无毒无味，由于不是高分子电解质，可以与无机盐混溶，同时具有乳化功能和相稳定性。

3）明矾（食品级）：化学式K₂SO_4 ··Al₂（SO₄ ）₃·24H₂ O，无色八面晶体，溶于水，可防止白杨木变色及净化水。

4)苯甲酸钠 C₆H₅COONa

白色结晶溶于水是高效的杀菌防腐剂

5）硼砂Na₂B₄O₇·10H₂ O 又名四硼酸钠，溶于水，是防虫剂。

具体的配方及用量参见表1：

表 1

二、 配制方法：

在不锈钢反应釜中，将上述原材料，准确称量后，按配方先将硅-丙树脂及纤维素投入50℃水中，然后再将其余成份缓缓加入，继续溶解均匀，待用。

  浸渍工艺：将拟浸渍的木材放入蒸煮池内（20m3）加入100℃的热水，再按一定浓度配入浸渍干燥改性剂，池内浓度约为5-10%，浸渍时间为12h，将浸渍好的木材用吊车取出，此时的木材含水率为70%左右，经自然晾晒2-3天水分达20%，可进入下道干燥工序。

三、  采用微波干燥技术

微波技术用于木材干燥是本发明木材加工的发明点，像生活用微波炉一样，采用微波原理和自动的运输方式是将浸渍后的木材，以载车搭架方式推入微波干燥炉内，干燥室体积为20m3，调整干燥温度在120℃左右，时间2-6h（可按后定时）。

四、 环保型拼板粘合剂的研制

1） 研制的拼板胶粘剂配方如下：

   丙烯酸丁酯（BA）：65.5份，醋酸乙烯（VAC）:189份，聚乙烯醇（PVA）：43份，碳酸氢铵：0.75份 ，表面活性剂（OP-10）：5份，乙醇：5.5份，过硫酸铵（过硫酸钾）：1.02份，消泡剂：少许，水：264.5份

2、工艺步骤：采用预乳化工艺

1）在反应釜中将部分PVA溶于95℃的水中充分溶解，按配方加入部分BA、VAC、NH₄HCO₃、OP-10进行予混合使之乳化均匀，制得予乳化液，三分之一留入釜中打底，三分之二打入高位槽滴加器中准备滴加；

2）将引发剂过硫酸铵按一定比例配成水溶液，质量百分比浓度为20%-25%，打入另一滴加器中；

3）反应釜内升温到80-82℃，打开两个滴加器，分别向釜内均速滴加，观察冷凝器正常回流，平稳进行高分子聚合，反应时间约3小时；

4）温度升至86-88℃，保温一小时，待无回流后降温为40℃；

5）甲组份的配方：将上述母液25份、水6份、羧基丁苯乳液14份、超细碳酸钙（1250目）20份、PVA水液20份冷混即成；

6）乙组份的配方：选购德国进口的水性固化剂，加水配成，质量百分比50%左右；

7）使用时，甲组份：乙组份=100:15。

本发明采用共聚丙烯酸乳液—水性异氰酸酯为基准，甲主份中含有活泼氢的基团：如—OH、—NH2、—CH2、—COOH等，木材本身也含有酚羟甲基，脂肪族羟基等活泼氢基团，这些基团与乙组份的异氰酸酯发生反应，形成交联网状结构，产生胶接强度。

五、UV光固化涂层

    UV光固化涂料是利用光引发剂在紫外光（UV）或电子束（EB）照射下，引发具有化学活性的有机单体进行聚合、接枝、交联等高分子化学反应。当今在木器工业中应用显出了许多技术优势既环保节能、又可提高产品质量、主剂中含有进口的水性予聚物（含多种光引发剂），辅剂用无离子水作为稀释剂，按一定比例匹配，即可在家具中表面上涂装。UV涂料可分为有光和亚光两种。

 传统的木器涂料多年来都用溶剂型聚酯漆内涵甲苯、2甲苯、醋酸乙酯等有机溶剂，使家具表面污染严重损害人体健康，必须消除。用UV涂料的三层结构：底层、面层、罩光层代替不环保的聚酯漆，达到绿色环保、节能减排的根本目的。

六、 改进白杨木切削刀具的齿数

切削时材料宽度小于刀的宽度，为了使白杨木得到光洁的刀切面，必须研制专用的切削白杨木的刀具材质和刀具齿数，所述刀具包括圆盘刀体和均匀分布在圆周的锯齿，锯齿由原来的四齿（参见图1）改为六齿或八齿，刀具材质改用含钨量高的高速钢，即硬质合金钢。通过上述改进，韧性较大的白杨木高速切削顺利，克服了各种切削过程中的阻力和各项异性性，使白杨木切削表面平整光滑无毛无刺，满足了制作家具的基本要求。

生产工艺流程如图2所示。

综上所述，通过一系列的生产配方、操作工艺、干燥装置、和刀具的研发，给白杨木这个被遗弃的树种带来了历史性的重大转机。这是发明人多年木材加工经验的积累，聪明才智和大胆创新的必然硕果。本发明符合绿色环保，节约能源，提高效率，可持续发展的重大国策，实现了林业和家具行业划时代的跨越。             

Claims (7)

1.一种用于制造家具的环保型白杨木的制造方法，所述方法包括切选、浸渍、干燥、单片锯改料、压刨、整形、拼板、开料、砂光、排钻打孔、表面打磨、UV光固化喷漆、成品验收、包装步骤，其特征在于，所述步骤中采用：

1)对白杨木采用浸渍干燥改性剂进行浸渍干燥改性；

2)采用微波干燥技术对改性后的白杨木进行干燥；

3)采用合金钢和多齿数的刀具对白杨木进行切选、改料；

4)采用环保型双组份水性拼板胶粘剂对木板进行胶接；

5)采用UV光固化涂料涂覆三层结构；

所述浸渍干燥改性剂包括以下成分，以重量百分比计：水溶性有机硅—丙烯酸树脂0.5-1，甲基纤维素2-2.5，明矾1-2，苯甲酸钠0.5-1，硼砂1，水94；

所述环保型双组份水性拼板胶粘剂包括以下成分，以重量份计：丙烯酸丁酯：65.5份，醋酸乙烯:189份，聚乙烯醇：43份，碳酸氢铵：0.75份，表面活性剂：5份，乙醇：5.5份，过硫酸铵：1.02份，水：264.5份，消泡剂少许。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述对白杨木进行浸渍干燥改性的具体步骤是：将拟浸渍的木材放入蒸煮池内加入100℃的热水，再配入所述浸渍干燥改性剂，使池内改性剂的浓度为5-10％，浸渍时间为12h，将浸渍好的木材用吊车取出，此时的木材含水率为70％左右，经自然晾晒2-3天水分达20％，可进入微波干燥工序。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，微波干燥是将浸渍后的木材，以载车搭架方式推入微波干燥炉内，所述干燥炉体积为20m，调整干燥温度在120℃左右，时间2-6h。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述刀具包括圆盘刀体和均匀分布在圆周的锯齿，锯齿为六齿或八齿，所述刀具材质为硬质合金钢。

5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述水性拼板胶粘剂的制备工艺是：

1)在反应釜中将聚乙烯醇溶于95℃的水中充分溶解，按配方比加入丙烯酸丁酯、醋酸乙烯、碳酸氢铵、表面活性剂进行予混合使之乳化均匀，制得预乳化液，其中三分之一留入釜中打底，三分之二打入高位槽滴加器中准备滴加；

2)将引发剂过硫酸铵配成水溶液，打入另一滴加器中；

3)反应釜内升温到80-82℃，打开两个滴加器，分别向釜内均速滴加，观察冷凝器正常回流，平稳进行高分子聚合，反应时间约3小时；

4)温度升至86-88℃，保温1小时，待无回流后降温为40℃，获得环保型双组份水性拼板胶粘剂母液；

5)甲组份的配方：将环保型双组份水性拼板胶粘剂母液25份、水6份、羧基丁苯乳液14份、超细碳酸钙20份、PVA水液20份按重量份冷混即成；

6)乙组份的配方：水性固化剂加水配成；

7)使用时，甲组份与乙组份的重量份配比为：甲组份：乙组份＝100:15。

6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述UV涂料的三层结构是：UV底层、UV面层和UV罩光层。

7.一种白杨木环保型家具，其特征在于，所述家具采用权利要求1-6之一的制造方法制备而成。