CN104552511B - 一种环保表层浸渍木及其制备方法 - Google Patents

一种环保表层浸渍木及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种环保表层浸渍木及其制备方法，用树脂增加木材表层密度，使其力学强度提高；通过热湿处理方法使木材表层树脂固化的同时，表层树脂的甲醛得到消除，并获得含水率要求的浸渍木。工艺简单，树脂用量少，能耗小，生产成本低，生产安全，且可处理不同树脂浸渍的各种板材，处理后的板材尺寸稳定性、力学性能和环保性能好。

Description

一种环保表层浸渍木及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及一种环保表层浸渍木及其制备方法，属于木材加工领域。
【背景技术】
由于速生材在应用过程中，容易出现材质松软、力学性能差、尺寸受环境气候变化影响较大的情况，因此，速生材木制品在生产时需要对其原料进行处理。利用树脂浸渍木材改性技术生产出的产品尺寸稳定性好、力学性能佳等特点，目前已被广泛应用。常用于改性木材的树脂主要是脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺-甲醛树脂，经过浸渍处理的板材虽然力学性能和尺寸稳定性得到明显改善，但甲醛释放量较大，在室内地板、家具中的应用受到一定的限制。
专利CN102642223A公开了一种速生材的浸渍方法，其制造方法包括：(1)一次烘干；(2)药剂制备；(3)药液调制；(4)真空处理；(5)压力浸注；(6)木材出罐；(7)二次烘干。按照此方法制造的浸渍木材并没有进行固化处理，导致在后续的加工应用中出现树脂未固化，甲醛释放量大等一系列的问题，影响了其进一步的使用。专利CN101879729A公开了一种合成树脂浸渍改性木材的方法，其制造方法包括：(1)配制100量份浸渍工作液；(2)浸渍；(3)固化。由于在浸渍和固化之间缺少干燥步骤，固化温度低，上述工艺获得的浸渍木质量较差，在后续的加工利用中甲醛释放大。专利CN102529251A公开了一种树脂浸渍片材的制造方法，利用含有液晶聚酯和溶剂的液体组合物来浸渍片材，然后除去溶剂，将温度以1.0℃/min以上的速率从150℃以下的温度升高至所述液晶转变温度以上的温度，对树脂浸渍片材进行热处理，该方法在应用中可以将浸渍的树脂固化完全，但仅适用于小的试材。专利CN103341893A公开的一种木质板材平压浸渍填充改性方法和装置，将浸渍和压缩相结合，涉及了板材的浸渍、压缩和固化过程，制造出力学性能得到明显改善的板材，此方法在热压固化过程中，采用了135～140℃的温度，使酚醛树脂胶黏剂固化，但并未考虑到固化时间、固化后的板材含水率，导致甲醛在固化过程中，由于有限的时间并未尽可能的排放，同时固化后的板材表层含水率更低，需要进行调温调湿处理。
综上所述，目前对于浸渍木的技术都是采用整体浸渍制备方法，树脂消耗量大，生产成本高，树脂用量大还会造成浸渍木使用过程中甲醛释放量大的问题。为了降低甲醛释放量，多采用树脂改性方法获得低甲醛树脂后进行木材浸渍处理，但树脂改性的方法较复杂，成本高。另外，浸渍木在目前实际生产中仍采用90～140℃热压的方法进行树脂固化，虽然可以取得固化效果，但需要进行对浸渍木材进行调湿处理，增加成本。
【发明内容】
针对上述问题，本发明提供的一种环保表层浸渍木的制备方法，用树脂增加木材表层密度，使其力学强度提高；通过热湿处理方法使木材表层树脂固化的同时，表层树脂的甲醛得到消除，并获得含水率要求的浸渍木。工艺简单，树脂用量少，能耗小，生产成本低，生产安全，且可处理不同树脂浸渍的各种板材，处理后的板材尺寸稳定性、力学性能和环保性能好。具体包括如下步骤：
A、一次干燥：将气干密度为0.35～0.55g/cm3的板材置于温度为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干燥后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、热湿处理：将步骤C得到的浸渍后板材置于干球温度为160～200℃，相对湿度为90-98％的高温干燥窑中进行固化处理4-8小时。
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浸渍过程中所用的浸渍液为脲醛树脂液、酚醛树脂液或三聚氰胺-甲醛树脂液。
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。
所述步骤D中热湿处理具体步骤为：
预热阶段：将二次干燥后的浸渍材，置于高温干燥窑中，控制干球温度以20～30℃/h的升温速率从室温升至120℃，升温过程中保持相对湿度50-60％；
升湿阶段：将湿球温度快速升至100℃并保温40min；
升温阶段：将干球温度以20℃/h的升温速率升至160-200℃，相对湿度为90-98％；
保温阶段：保持干球温度为160-200℃，相对湿度为90-98％，固化4-8h；
降温阶段：保温阶段结束后，停止加热，干球温度以25℃/h的速率降温至140℃，再以4℃/h的速率降温至110℃，降温过程中保持相对湿度95％；
冷却阶段：待木材自然冷却至高于室温15℃后，处理过程结束。
优选的，所述步骤D中保温阶段的干球温度为180℃，固化6h。
通过上述方法得到的环保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、甲醛释放量小的优点，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、由于采用了热湿处理，使木材表层树脂固化的同时，表层树脂的甲醛得到消除，显著降低甲醛的释放量，且缩短了树脂固化时间；
6、由于采用了热湿处理，使木材内部没有树脂的区域也获得的较好的稳定性，从而使表层浸渍木整体稳定优良，同时，表层浸渍木含水率达到使用要求，省去了固化后二次调湿控制含水率的步骤，精简工艺，降低成本。
【附图说明】
图1：实施例1中厚度为20mm的环保表层浸渍杨木的剖面密度图；
图2：实施例2中厚度为20mm的环保表层浸渍杉木的剖面密度图；
图3：实施例3中厚度为25mm的环保表层浸渍杨木的剖面密度图。
【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，按照以下方法制备环保表层浸渍杨木：
A、一次干燥：将气干密度为0.45g/cm3、厚度为20mm、含水率为90％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52％。
B、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。
C、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％。
D、热湿处理：
预热阶段：将二次干燥后的浸渍材，置于高温干燥窑中，控制干球温度以20℃/h的升温速率从室温升至120℃，升温过程中保持相对湿度50％；
升湿阶段：将湿球温度快速升至100℃并保温40min；
升温阶段：将干球温度以20℃/h的升温速率升至160℃，相对湿度为90％；
保温阶段：保持干球温度为160℃，相对湿度为90％，固化8h；
降温阶段：保温阶段结束后，停止加热，干球温度以25℃/h的速率降温至140℃，再以4℃/h的速率降温至110℃，降温过程中保持相对湿度95％；
冷却阶段：待木材自然冷却至高于室温15℃后，处理过程结束。
经检测，上述方法得到的环保表层浸渍木的性能如下：采用剖面密度仪测得其剖面密度分布如图1所示，整体为表层高、内部低，树脂主要分布在木材表层。平均密度较未浸渍时增加41％，按照《GB/T17657-1999人造板及饰面人造板理化性能试验方法》测得其甲醛释放量为0.9mg/L，按照《GB/T1932-2009木材干缩性测定方法》、《GB/T1934.1-2009木材吸水性测定方法》测得其干缩性较未浸渍材降低40％以上，吸水性降低30％以上。
实施例2
本实施例以杉木板材为原料，按照以下方法制备环保表层浸渍杨木：
A、一次干燥：将气干密度为0.35g/cm3、厚度为20mm、含水率为93％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％。
B、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。
C、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％。
D、热湿处理：
预热阶段：将二次干燥后的浸渍材，置于高温干燥窑中，控制干球温度以30℃/h的升温速率从室温升至120℃，升温过程中保持相对湿度60％；
升湿阶段：将湿球温度快速升至100℃并保温40min；
升温阶段：将干球温度以20℃/h的升温速率升至200℃，相对湿度为98％；
保温阶段：保持干球温度为200℃，相对湿度为98％，固化4h；
降温阶段：保温阶段结束后，停止加热，干球温度以25℃/h的速率降温至140℃，再以4℃/h的速率降温至110℃，降温过程中保持相对湿度95％；
冷却阶段：待木材自然冷却至高于室温15℃后，处理过程结束。
经检测，上述方法得到的环保表层浸渍木的性能如下：采用剖面密度仪测得其剖面密度分布如图2所示，整体为表层高、内部低，树脂主要分布在木材表层。平均密度较未浸渍时增加38％，采用《GB/T17657-1999人造板及饰面人造板理化性能试验方法》测定其甲醛释放量为0.8mg/L，通过《GB/T1932-2009木材干缩性测定方法》、《GB/T1934.1-2009木材吸水性测定方法》测定其干缩性较未浸渍材降低35％以上，吸水性降低30％以上。
实施例3
本实施例以杨木板材为原料，按照以下方法制备环保表层浸渍杨木：
A、一次干燥：将气干密度为0.55g/cm3、厚度为25mm、含水率为95％的杨木置于温度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％。
B、浸渍：将一次干燥后的杨木板材和三聚氰胺-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。
C、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12％。
D、热湿处理：
预热阶段：将二次干燥后的浸渍材，置于高温干燥窑中，控制干球温度以25℃/h的升温速率从室温升至120℃，升温过程中保持相对湿度55％；
升湿阶段：将湿球温度快速升至100℃并保温40min；
升温阶段：将干球温度以20℃/h的升温速率升至180℃，相对湿度为95％；
保温阶段：保持干球温度为180℃，相对湿度为95％，固化6h；
降温阶段：保温阶段结束后，停止加热，干球温度以25℃/h的速率降温至140℃，再以4℃/h的速率降温至110℃，降温过程中保持相对湿度95％；
冷却阶段：待木材自然冷却至高于室温15℃后，处理过程结束。
经检测，上述方法得到的环保表层浸渍木的性能如下：采用剖面密度仪测得其剖面密度分布如图3所示，整体为表层高、内部低，树脂主要分布在木材表层。平均密度较未浸渍时增加41％，采用《GB/T17657-1999人造板及饰面人造板理化性能试验方法》测定其甲醛释放量为0.9mg/L，通过《GB/T1932-2009木材干缩性测定方法》、《GB/T1934.1-2009木材吸水性测定方法》测定其干缩性较未浸渍材降低40％以上，吸水性降低30％以上。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于，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，其不同之处在于，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，其不同之处在于，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 (9)

1.一种环保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的板材置于温度为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，所述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％；
B、浸渍：采用“抽真空”、“加压”或“真空-加压”的浸渍方法将步骤A干燥后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、热湿处理：将步骤C得到的浸渍后板材置于干球温度为160～200℃，相对湿度为90-98％的高温干燥窑中进行固化处理4-8小时。
2.根据权利要求1所述的环保表层浸渍木的制备方法，其特征在于，所述步骤B浸渍过程中所用的浸渍液为脲醛树脂液、酚醛树脂液或三聚氰胺-甲醛树脂液。
3.根据权利要求1所述的环保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所述的环保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所述的环保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1-5中任一项所述的环保表层浸渍木的制备方法，其特征在于，所述步骤D中热湿处理具体步骤为：
预热阶段：将二次干燥后的浸渍材，置于高温干燥窑中，控制干球温度以20～30℃/h的速率从室温升至120℃，升温过程中保持相对湿度50-60％；
升湿阶段：将湿球温度快速升至100℃并保温40min；
升温阶段：将干球温度以20℃/h的升温速率升至160-200℃，相对湿度为90-98％；
保温阶段：保持干球温度为160-200℃，相对湿度为90-98％，固化4-8h；
降温阶段：保温阶段结束后，停止加热，干球温度以25℃/h的速率降温至140℃，再以4℃/h的速率降温至110℃，降温过程中保持相对湿度95％；
冷却阶段：待木材自然冷却至高于室温15℃后，处理过程结束。
7.根据权利要求6所述的环保表层浸渍木的制备方法，其特征在于，所述保温阶段的干球温度为180℃，固化时间为6h。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法制得的环保表层浸渍木。
9.根据权利要求8所述的环保表层浸渍木，其特征在于，所述环保表层浸渍木包括距离木材表面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。
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