CN104526803A - 一种表层浸渍木及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种表层浸渍木及其制备方法，在浸渍过程中，树脂只集中浸渍在木材的表层，从而提高木材表面硬度、尺寸稳定性。本方法具有树脂消耗量小，生产周期短，生产成本低，木材出材率高等优点。按照本发明方法制得的表层浸渍木吸湿性与素材相比降低35％以上，尺寸稳定性与素材相比提高40％以上，硬度比素材提高20％以上。

Description

一种表层浸渍木及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及一种表层浸渍木及其制备方法，属于木材加工领域。
【背景技术】
近年来，随着天然林保护工程的的实施，木材的加工逐渐由天然林转变为速生林为主，但像杨木、杉木等速生材的硬度低、尺寸稳定性差，且易腐朽，仅用于造纸和刨花板材，不能直接应用于家具等领域，导致木材资源极大的浪费。
对木材进行物理或化学改性可以改善软质木材的材性。主要方法包括：(1)压缩法。(2)浸渍药剂法，通过在真空或加压环境下往木材中注入单体或树脂，提高木材的力学性能，明显改善材质的尺寸稳定性，常用的浸渍药剂主要包括：脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、聚乙烯等。
木材压缩可以提高其力学性能和尺寸稳定性，但压缩后的回弹极严重，特别是在吸湿环境下。为了减小这种回弹，国内学者方桂珍、刘君良通过采用“树脂浸渍-压缩”的方法对木材的压缩变形进行固定。虽然此方法在一定程度上可以控制木材的压缩回弹，但复杂的工艺流程降低了其生产效率。为此，中国专利文献CN101531018B公开了“一种可调热风循环式木材干燥压缩装置”技术专利，该装置主要应用于对浸渍处理过的木材在干燥的同时进行压缩，但由于木材含水率较高，在干燥压缩过程中容易出现局部开裂的情况，制约着该装置在生产中的应用与推广。
采用药剂浸渍的木材，其力学性能和尺寸稳定性均可得到显著改善。针对其浸渍工艺，目前已有一些专利，例如，公告号为CN1208171C的中国专利文献“呋喃聚合物浸渍木材、制备该聚合物的方法和该聚合物的用途”公开了一种呋喃聚合物浸渍木材，其在整个木材区域具有均匀的颜色和密度。该方案制备的木材在后期干燥过程中容易出现木材变形开裂等现象。中国专利文献CN102642223A公开了“一种速生材的浸渍方法”，其制造方法包括：一次烘干、药剂制备、药液调制、真空处理、压力浸注、木材出罐和二次烘干步骤。该方案制备的浸渍木材由于木材内部填充了大量的药剂，使得二次干燥过程中，药剂阻塞了细胞壁和细胞腔，木材内部的水分不易挥发，导致二次干燥困难，干燥周期大大延长，干燥出的木材品质较差。
在木材浸渍方法上，除了传统的“真空-加压”浸渍方法，中国专利文献CN101618559B公开了“一种用于木材改性的药液加压浸注方法”，其主要是针对湿度较大的木材，在一定的压力下从原木的端头浸注化学药剂，而将原木的树液置换出来。该方案能够解决一些软质材的浸注，但由于木材轴向管胞较小，并不能完全满足一些长度较长的木材浸渍，同时其生产效率低、对设备的要求较高，成本较大。
目前木材浸渍大都采用的是在低含水率下浸渍，把木材干燥到较低的含水率，会使木材变形增大，木材损耗增加，且干燥能耗和成本也很高。另外，现有技术均是对干燥处理后的木材进行完全浸渍，但在木材实际加工应用中，木材内部浸渍的药剂不仅增加了成本，而且使得浸渍后的干燥变得更加困难，常出现木材内裂、变形等状况，严重影响木材的后续加工和应用。
【发明内容】
针对上述问题，本发明提供一种表层浸渍木的制备方法，在浸渍过程中，树脂只集中浸渍在木材的表层，从而提高木材表面硬度、尺寸稳定性。本方法具有树脂消耗量小，生产周期短，生产成本低，木材出材率高等优点，具体包括如下步骤：
A、一次干燥：将气干密度为0.35～0.55g/cm3的木材置于温度为40～70℃，相对湿度为40～95％的条件下，根据木材含水率的变化，对温湿度进行相应的调整，干燥至平均含水率40～60％，木材厚度含水率呈现内高外低的分布时，停止干燥；
B、浸渍：采用“抽真空”、“加压”或“真空-加压”的浸渍方法将步骤A得到的板材进行浸渍；
C、二次干燥：将步骤B得到的板材在温度为40～80℃，相对湿度为30～95％的条件下进行干燥，干燥过程中，根据木材含水率的变化，对温度和相对湿度进行适当的调节，干燥至含水率为5～12％；
D、固化：对经步骤C干燥后的浸渍木材进行树脂固化处理；
E、调湿处理：将固化处理后浸渍木材的含水率调整至5～10％。
优选的，上述步骤A中所用木材干燥前的含水率大于90％，停止干燥时，距离木材表面0-3mm的范围内，含水率低于30％，距离木材表面5mm以上的中心区域含水率为50-90％。
上述步骤B采用“抽真空”的浸渍方法，其工艺参数为：负压0.08～0.15Mpa，持续时间为0.5～2.0h。
上述步骤B采用“加压”浸渍方法，其工艺参数为：加压至0.8～1.5Mpa，持续时间为0.5～2.0h。
上述步骤B采用“真空-加压”的浸渍方法，其工艺参数为负压0.08～0.1Mpa，持续时间为0.5～1.0h，然后恢复至常压并保持0.5h，再加压至0.8～1.3Mpa，时间0.5～2.0h。
上述步骤D中，采用热压方式进行树脂固化，固化温度为90-140℃，固化时间为20-36h，优选的，固化温度为120～140℃，固化时间为20～24小时。
上述步骤E中的调湿处理是在温度为50～70℃，相对湿度为55～85％的条件下进行的。
通过上述方法得到的表层浸渍木具有以下特征：包括距离木材表面0-5mm范围内的的浸渍层和距离木材表面大于5mm的自然层。
所述浸渍层的密度大于自然层的密度。
上述表层浸渍木中，自然层为未经树脂浸渍处理的木材结构，但可能表层浸渍过程中对自然层的结构造成影响，上述影响相对于表层浸渍的量可以忽略不计。上述表层浸渍层的密度由表层到距表层1～5mm的厚度逐渐减小到木材自然密度，在浸渍层与自然层之间自然纤维连接，与现有的胶合板不同。同时，上述表层浸渍木的力学性能和尺寸稳定性得到明显改善，具有强重比大，木材尺寸稳定性好的优点，可广泛用于木地板、衣柜、橱柜、橱门等家具中。
本发明的有益效果在于：
1、本发明采用低密度木材，在适当的温湿条件下只使木材表层一定的厚度的含水率低于30％，内部区域含水率高于30％，从而解决了树脂浸渍到木材内部的问题；
2、由于第一次干燥，只对木材表层进行干燥，干燥至平均含水率40～60％就结束第一次干燥，所以可以显著缩短干燥时间和生产周期、降低成本，并显著减少干燥木材损失；
3、由于采用了适当的浸渍工艺，配合木材厚度上的含水率分布，获得表层浸渍木，减小树脂用量，降低浸渍树脂的成本；
4、由于木材中部没有树脂填充，在二次干燥过程中，木材中部的水分很容易排出，缩短二次干燥时间；
5、按照本发明方法制得的表层浸渍木吸湿性与素材相比降低35％以上，尺寸稳定性与素材相比提高40％以上，硬度比素材提高20％以上。
【附图说明】
图1：实施例1中厚度为20mm的表层浸渍杨木的剖面密度图；
图2：实施例2中厚度为25mm的表层浸渍杉木的剖面密度图；
图3：实施例3中厚度为20mm的表层浸渍泡桐木的剖面密度图。
【具体实施方式】
以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。
实施例1
本实施例以杨木板材为原料，按照下列方法制备表层浸渍杨木：
一次干燥：将气干密度为0.43g/cm3、厚度为20mm、含水率为93％的杨木置于温度为40-70℃，相对湿度为40-75％的条件下干燥，根据木材含水率的变化，对温湿度进行适当的调整，待木材厚度含水率呈现内高外低的分布时，停止干燥，此时，在距离木材表面0-2.5mm范围内的表层含水率低于30％，距离木材表面5mm以上的中心区域含水率在50～80％范围内，木材平均含水率为48％。
浸渍：将一次干燥后的杨木板材和脲醛树脂液同时放入浸渍罐中，且树脂液完全淹没板材，采用“真空-加压”的方法浸渍处理，主要参数为：抽真空至-0.08Mpa、持续时间为1h；恢复至常压，持续时间为0.5h；加压至1.3Mpa、持续时间为0.5h，浸渍结束后，出料。
二次干燥：将浸渍好的杨木板材在温度为40～80℃，相对湿度为30～95％的条件下进行干燥，干燥过程中，根据木材含水率的变化，对温度和相对湿度进行适当的调节，最终将木材干燥至含水率为8％；
树脂固化处理：将干燥好的浸渍木材采用热压方式进行固化处理，固化温度90℃，固化时间36h。
调湿处理：固化处理后的浸渍木材在温度为70℃，相对湿度为70％的条件下，将其含水率调整至10％。
经检测，上述方法得到的表层浸渍木的性能如下：采用剖面密度仪测得表层浸渍木的剖面密度分布如图1所示，整体为表层高、内部低，树脂主要分布在木材表层。经上述方法浸渍后的木材平均密度较未浸渍时增加35％，表面硬度提高28％；采用《GB/T 17657-1999人造板及饰面人造板理化性能试验方法》测定其甲醛释放为1.4mg/L；通过《GB/T 1932-2009木材干缩性测定方法》、《GB/T 1934.1-2009木材吸水性测定方法》测定表层浸渍木较未浸渍材的干缩性降低35％以上，吸水性降低30％以上，稳定性提高41％，符合木地板、衣柜、橱柜、橱门等家具对所用木材的质量要求。
实施例2
本实施例以杉木板材材为原料，按照下列方法制备表层浸渍杉木：
一次干燥：将气干密度为0.35g/cm3、厚度为25mm、含水率为92％的杉木置于温度为40-70℃，相对湿度为40～95％的条件下，根据木材含水率的变化，对温湿度进行相应的调整，待木材厚度含水率呈现内高外低的分布时，停止干燥，此时，在距离木材表面0-3mm范围内的表层含水率低于30％，距离木材表层5mm以上的中心区域含水率在50～60％范围内，木材平均含水率为40％。
浸渍：将一次干燥后的杉木板材和酚醛树脂液同时放入浸渍罐中，且树脂液完全淹没板材，采用“抽真空”的方法浸渍处理，主要参数为：负压0.15Mpa，时间为0.5h，浸渍结束后，出料。
二次干燥：将浸渍好的杉木板材在温度为40～80℃，相对湿度为30～95％的条件下进行干燥，干燥过程中，根据木材含水率的变化，对温度和相对湿度进行适当的调节，最终将木材干燥至含水率为5％；
树脂固化处理：将干燥好的浸渍木材采用热压方式进行固化处理，固化温度140℃，固化时间20h。
调湿处理：固化处理后的浸渍木材在温度为55℃，相对湿度为85％的条件下，将其含水率调整至7％。
经检测，上述方法得到的表层浸渍木的性能如下：采用剖面密度仪测得表层浸渍木的剖面密度分布如图2所示，整体为表层高、内部低，树脂主要分布在木材表层。经上述方法浸渍后的木材平均密度较未浸渍时增加25％，表面硬度提高20％；采用《GB/T 17657-1999人造板及饰面人造板理化性能试验方法》测定其甲醛释放为1.2mg/L；通过《GB/T 1932-2009木材干缩性测定方法》、《GB/T 1934.1-2009木材吸水性测定方法》测定表层浸渍木较未浸渍材的干缩性降低35％以上，吸水性降低30％以上，稳定性提高40％，符合木地板、衣柜、橱柜、橱门等家具对所用木材的质量要求。
实施例3
本实施例以泡桐木板材为原料，按照下列方法制备表层浸渍泡桐木：
一次干燥：将气干密度为0.55g/cm3、厚度为20mm、含水率为95％的泡桐木置于温度40～70℃，相对湿度40～95％的条件下，根据木材含水率的变化，对温湿度进行相应的调整，待木材厚度含水率呈现内高外低的分布时，停止干燥，此时，在距离木材表层0-2.5mm范围内的表层含水率低于30％，距离木材表层5mm以上的中心区域含水率在50～90％范围内，木材平均含水率为60％。
浸渍：将一次干燥后的杉木板材和三聚氰胺-甲醛树脂液同时放入浸渍罐中，且树脂液完全淹没板材，采用“加压”的方法浸渍处理，主要参数为：加压至0.8Mpa，持续时间为2.0h，浸渍结束后，出料。
二次干燥：将浸渍好的泡桐木板材在温度为40～80℃，相对湿度为30～95％的条件下进行干燥，干燥过程中，根据木材含水率的变化，对温度和相对湿度进行适当的调节，最终将木材干燥至含水率为12％；
树脂固化处理：将干燥好的浸渍木材采用热压方式进行固化处理，固化温度120℃，固化时间24h。
调湿处理：固化处理后的浸渍木材在温度为50℃，相对湿度为55％的条件下，将其含水率调整至5％。
经检测，上述方法得到的表层浸渍木的性能如下：采用剖面密度仪测得表层浸渍木的剖面密度分布如图3所示，整体为表层高、内部低，树脂主要分布在木材表层。经上述方法浸渍后的木材平均密度较未浸渍时增加35％，表面硬度提高25％；采用《GB/T 17657-1999人造板及饰面人造板理化性能试验方法》测定其甲醛释放为1.3mg/L；通过《GB/T 1932-2009木材干缩性测定方法》、《GB/T 1934.1-2009木材吸水性测定方法》测定表层浸渍木较未浸渍材的干缩性降低40％以上，吸水性降低30％以上，稳定性提高45％，符合木地板、衣柜、橱柜、橱门等家具对所用木材的质量要求。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，其不同点在于，采用“真空-加压”的方法浸渍处理的工艺参数为：抽真空至-0.1Mpa、持续时间为0.5h；恢复至常压，持续时间为0.5h；加压至0.8Mpa、持续时间为2h。
实施例5
本实施例与实施例2基本相同，其不同点在于，采用“抽真空”的方法浸渍处理的工艺参数为：负压0.08Mpa，持续时间2h。
实施例6
本实施例与实施例3基本相同，其不同点在于，采用“加压”的方法浸渍处理的工艺参数为：加压至1.5Mpa，持续时间0.5h。

Claims (10)

1.一种表层浸渍木的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、一次干燥：将气干密度为0.35～0.55g/cm3的木材置于温度为40～70℃，相对湿度为40～95％的条件下，根据木材含水率的变化，对温湿度进行相应的调整，干燥至平均含水率40～60％，木材厚度含水率呈现内高外低的分布时，停止干燥；
B、浸渍：采用“抽真空”、“加压”或“真空-加压”的浸渍方法将步骤A得到的板材进行浸渍；
C、二次干燥：将步骤B得到的板材在温度为40～80℃，相对湿度为30～95％的条件下进行干燥，干燥过程中，根据木材含水率的变化，对温度和相对湿度进行适当的调节，干燥至含水率为5～12％；
D、固化：对经步骤C干燥好的浸渍木材进行树脂固化处理；
E、调湿处理：将固化处理后浸渍木材的含水率调整至5～10％。
2.根据权利要求1所述的表层浸渍木的制备方法，其特征在于：所述步骤A中木材干燥前的含水率大于90％，停止干燥时，距离木材表面0-3mm范围内的表层含水率低于30％，距离木材表面5mm以上的中心区域的含水率为50-90％。
3.根据权利要求1或2所述的表层浸渍木的制备方法，其特征在于：所述步骤B采用“抽真空”的浸渍方法，其工艺参数为：负压0.08～0.15Mpa，持续时间为0.5～2.0h。
4.根据权利要求1或2所述的表层浸渍木的制备方法，其特征在于：所述步骤B采用“加压”浸渍方法，其工艺参数为：加压至0.8～1.5Mpa，持续时间为0.5～2.0h。
5.根据权利要求1或2所述的表层浸渍木的制备方法，其特征在于：所述步骤B采用“真空-加压”的浸渍方法，其工艺参数为负压0.08～0.1Mpa，持续时间为0.5～1.0h，然后恢复至常压并保持0.5h，再加压至0.8～1.3Mpa，时间0.5～2.0h。
6.根据权利要求1所述的表层浸渍木的制备方法，其特征在于：所述步骤D中，采用热压方式进行树脂固化，固化温度为90-140℃，固化时间为20-36h。
7.根据权利要求6所述的表层浸渍木的制备方法，其特征在于：所述固化温度为120～140℃，固化时间为20～24小时。
8.根据权利要求1所述的表层浸渍木的制备方法，其特征在于：所述步骤E中的调湿处理是在温度为50～70℃，相对湿度为55～85％的条件下进行的。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的制备方法制得的表层浸渍木。
10.根据权利要求9所述的表层浸渍木，其特征在于，包括距离木材表面0-5mm范围内的浸渍层和距离木材表面大于5mm的自然层，所述浸渍层的密度大于自然层的密度。
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