CN104942946A - 一种以生物质燃气为加热介质的环保防腐木制造方法 - Google Patents

Abstract

一种以生物质燃气为加热介质的环保防腐木制造方法，涉及一种防腐木材的制造方法。本方法要解决现有木材防腐方法危害环境，而传统的热处理防腐方法存在污染环境、成本偏高的问题。方法：一、气干木材；二、置气干材于热处理室内；三、置生物质材料于燃烧室内；四、关闭热处理窑门，打开进气孔与排气孔；五、点燃生物质材料；六、升温，喷蒸；七、当温度升至特定温度时，使窑内保持三元混合气体并使生物质材料微弱燃烧；八、保温2.5～3.5h；九、降温，喷蒸，保湿；十、热处理室内温度与室外温度相差25～35℃时，取出木材并气干，所得气干材即为环保型防腐木成品。本发明采用生物质燃气为加热介质，不添加化学防腐剂，制造的防腐木绿色无污染，有利于环保。

Description

一种以生物质燃气为加热介质的环保防腐木制造方法

技术领域

本发明涉及一种防腐木的制造方法，具体涉及一种通过三元混合气体制造防腐木材的方法。

背景技术

木材是天然的有机复合体，其细胞壁成分和细胞腔中含有的各种碳水化合物，在一定条件下易受各种木腐菌侵蚀，造成木材腐朽。对木材进行防腐处理可以有效的改善木材的防腐性能，目前国内主要是通过利用各种类型的防腐剂对木材进行处理来提高木材的耐腐性，但是，防腐剂的成分会引起一定程度上的环境污染，危害人畜，美国和欧盟都在制定一些规定，在某些场合限制化学防腐剂处理木材的使用。因此，对环境友好的木材防腐处理方法具有广阔的发展空间。

对木材进行高温热处理可以使木材的化学成分发生改变，减少真菌、霉的寄生场所，抑制真菌的繁殖，从而使木材的耐腐性得以提高。但是传统的高温热处理方法一般采用煤炭作为木材干燥窑的燃料，煤炭燃烧时会对环境造成污染，不利于环保；同时，传统热处理木材采用的介质一般为氮气或水蒸气，从而使得热处理木材的成本升高，不利于热处理的推广。

综上所述，现有的木材防腐处理方法主要存在以下问题：

一、利用防腐剂对木材进行防腐处理会对环境产生危害；

二、传统的热处理防腐方法会造成环境污染；

三、传统的热处理防腐方法成本较高。

发明内容

本发明要解决现有木材防腐方法危害环境，而传统的热处理防腐方法存在污染环境、成本偏高的问题，从而提供一种利用生物质燃气为加热介质的制造环保型防腐木的方法。

一种利用生物质燃气为加热介质的制造环保型防腐木的方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、选取平整的木材，将其放置在空气中气干，得到气干后的木材；

二、打开热处理窑门，将气干后的木材由下至上堆放在热处理窑中热处理室的支撑架上，使各木材之间保持有一定的间距；

三、将一定量的生物质材料分散放置在热处理窑中的燃烧室内；

四、关闭热处理窑门，打开热处理窑的进气孔与排气孔；

五、点燃放置在燃烧室内的生物质材料，使生物质材料燃烧后产生的热气流进入热处理室内并将热处理室内的木材加热；

六、调整生物质材料的分散形状及进气孔与排气孔的大小，控制热处理室内的升温速率，在升温的同时通过向热处理室内喷蒸汽的方法控制热处理室内的湿度；

七、当热处理室内的温度升至保温温度时，再次调整热处理窑进气孔与排气孔的大小，控制氧气的进入量，使生物质材料保持微弱燃烧状态，并使热处理窑内的气体保持为三元混合气体，通过三元混合气体来对木材进行热处理；

八、保温并使生物质材料保持微弱燃烧的状态2.5～3.5h；

九、再次调整进气孔与排气孔的大小，使热处理室开始降温，向热处理室内喷蒸汽，使热处理室内维持一定的湿度；

十、当热处理室内的温度降至一定温度(高于热处理窑所在环境温度25～35℃)时，打开热处理窑门，取出热处理室内的木材，将其放置在空气中气干，得到气干后的木材即为以生物质燃气为加热介质制造的环保防腐木成品。

本发明的有益效果是：一、制造的环保防腐木防腐效果好，腐朽失重率远低于未处理木材，耐腐等级为II级；二、相对于未处理木材，制造的环保防腐木的尺寸稳定性与耐久性也有一定程度的提高；三、本发明所选用的热处理温度较低，热处理周期短，热处理过程不会对木材本身的物理力学性质和化学结构造成显著影响；四、本发明在热处理过程中使用废弃的生物质材料作燃料，不添加任何化学防腐药剂，因此本发明绿色环保无污染；五、本发明采用以生物质燃气为介质的热处理方法对木材进行防腐处理，热能利用高，处理周期短，生产成本低。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举得具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式所叙述的一种以生物质燃气为加热介质的环保防腐木的制造方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、选取平整的木材，将其放置在空气中气干，得到气干后的木材；

二、打开热处理窑门，将气干后的木材由下至上堆放在热处理窑中热处理室的支撑架上，使各木材之间保持有一定的间距；

三、将一定量的生物质材料分散放置在热处理窑中的燃烧室内；

四、关闭热处理窑门，打开热处理窑的进气孔与排气孔；

五、点燃放置在燃烧室内的生物质材料，使生物质材料燃烧后产生的热气流进入热处理室内并将热处理室内的木材加热；

六、调整生物质材料的分散形状及进气孔与排气孔的大小，控制热处理室内的升温速率，在升温的同时通过向热处理室内喷蒸汽的方法控制热处理室内的湿度；

七、当热处理室内的温度升至保温温度时，再次调整热处理窑进气孔与排气孔的大小，控制氧气的进入量，使生物质材料保持微弱燃烧状态，并使热处理窑内的气体保持为三元混合气体，通过三元混合气体来对木材进行热处理；

八、保温并使生物质材料保持微弱燃烧的状态2.5～3.5h；

九、再次调整进气孔与排气孔的大小，使热处理室开始降温，向热处理室内喷蒸汽，使热处理室内维持一定的湿度；

十、当热处理室内的温度降至一定温度(高于热处理窑所在环境温度25～35℃)时，打开热处理窑门，取出热处理室内的木材，将其放置在空气中气干，得到气干后的木材即为以生物质燃气为加热介质制造的环保防腐木成品。

本实施方式步骤一中所述的得到气干后的木材和步骤十中所述的得到气干后的木材，通常情况下气干后木材含水率在8～15％之间。

本实施方式步骤三中所述的生物质材料包括但不局限于林区采伐剩余物、木材加工废弃物和粉碎后的秸秆等。生物质材料来源广泛，利用生物质燃气为加热介质在一定程度上减少了对化石能源的需求，同时达到了废物利用的目的，符合国家节能减排的政策。

本实施方式步骤三中生物质材料的量可以根据热处理室内木材的量进行调整。

本实施方式步骤六中所述的喷蒸汽和步骤九中所述的喷蒸汽是为了使热处理室内维持一定的湿度，从而为防腐木的尺寸稳定性提供了保证。

以生物质燃气为加热介质通过热处理法使木材具有防腐功效的机理是：在热处理室所达到的高温、高温维持特定时间和三元混合气体状态下，木材中的半纤维素、木质素与少量的纤维素发生了降解，其中半纤维素与少量的纤维素降解导致木材内多糖减少，使得腐朽菌所依赖的营养物质减少，从食物链这一环节上抑制了菌类在木材上的生长；同时，该条件下，半纤维素、木质素与少量的纤维素发生化学反应生成一些焦油产物、游离醋酸和甲醇等有毒物质，能够毒杀腐朽菌，从而增加了木材的防腐性；并且，在该条件下，木材各组分中的大量羟基酯化，使得羟基大大减少，降低了木材的吸湿性，该条件下木质素本身或木质素与其他成分会发生交联反应，形成更多网状结构，加剧了高分子聚合物热解反应，也使得热处理材的吸湿性降低，而木腐菌只有借助水才能破坏木材，所以当木材吸湿性降低时，木材的耐腐性也得到了增强。综上所述，在热处理室高温、高温维持特定时间和三元混合气体状态下，木材中多糖物质的减少、焦油与木醋液等有毒物质的形成和木材吸湿性的降低综合作用抑制了真菌的繁殖，从而提高了木材的耐腐性。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中各木材之间的间距为5～15cm，此间距既可以保证各木材之间的顺畅通气，有利于均匀加热，又可以保证热处理室内能够放进最多的木材，有利于最大化的利用空间，此间距可以根据木材的尺寸与数量进行微调，从而达到最好的防腐效果。其他步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤六中控制热处理室内的升温速率在20℃/h，结合喷蒸汽，此升温速率既可以保证木材在升温过程中不开裂变形，又可以在一定程度上缩短升温时间。其他步骤与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤七中控制热处理室内的温度在210～220℃之间，此温度区间内木材表面营养物质降解，煤焦油和木醋液等物质生成，木材的吸湿性降低，可以提高木材的耐腐性。其他步骤与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤七中三元混合气体为二氧化碳、氮气和氧气的混合气体，并且氧气的含量低于5％，通过控制进气孔的大小可以控制进入热处理窑内空气的量，进而保证生物质材料能够充分燃烧，使热处理室内为二氧化碳、氮气与氧气的混合气体，没有一氧化碳等因生物质材料燃烧不充分而形成的有毒气体，同时控制热处理室内的氧气维持低含量状态，避免热处理室内的木材燃烧。其他步骤与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤八中将微弱燃烧状态维持3h，此时间既能保证木材的耐腐性得到了一定程度的提高，又最大程度上缩短了保温时间。其他步骤与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤九中热处理室内的湿度维持在55％，此时度可以保证热处理是高温条件下防腐木的尺寸稳定性。其他步骤与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤十中当热处理室内温度降至比热处理窑所在环境温度高30℃时，取出木材，此温度条件下取出木材可以保证木材不会在热处理窑所在环境中变形。其他步骤与具体实施方式一至七之一相同。

以未处理落叶松材和氮气保护条件下落叶松热处理材的防腐性能作为对比，根据国家标准(GB/T 13942.1-2009)测定利用本发明方法制造的落叶松防腐材的防腐效果，得到褐腐腐蚀试验木材质量损失率，如表1所示。

表1：褐腐腐蚀试验木材质量损失

处理方法	质量损失率(％)	耐腐等级
			未处理材	68.9	不耐腐
氮气保护处理	25.2	稍耐腐
			生物质燃气处理	20.4	耐腐

经比较，以生物质燃气为加热介质的热处理木材的质量损失率远低于未处理材，稍低于经氮气保护处理的热处理材，达到了国家标准(GB/T 13942.1-2009)规定的II级耐腐标准；并且以生物质燃气为加热介质的热处理材的成本低于氮气保护处理的热处理材，同时也更加环保。

Claims (5)

1.一种以生物质燃气为加热介质的环保防腐木制造方法，其特征在于所述方法是通过以下步骤实现的：一、选取平整的木材，将其放置在空气中气干，得到气干后的木材；二、打开热处理窑门，将气干后的木材由下至上堆放在热处理窑中热处理室的支撑架上，使各木材之间保持有一定的间距；三、将一定量的生物质材料分散放置在热处理窑中的燃烧室内；四、关闭热处理窑门，打开热处理窑的进气孔与排气孔；五、点燃放置在燃烧室内的生物质材料，使生物质材料燃烧后产生的热气流进入热处理室内并将热处理室内的木材加热；六、调整生物质材料的分散形状及进气孔与排气孔的大小，控制热处理室内的升温速率，在升温的同时通过向热处理室内喷蒸汽的方法控制热处理室内的湿度；七、当热处理室内的温度升至保温温度时，再次调整热处理窑进气孔与排气孔的大小，控制氧气的进入量，使生物质材料保持微弱燃烧状态，并使热处理窑内的气体保持为三元混合气体，通过三元混合气体来对木材进行热处理；八、保温并使生物质材料保持微弱燃烧的状态2.5～3.5h；九、再次调整进气孔与排气孔的大小，使热处理室开始降温，向热处理室内喷蒸汽，使热处理室内维持一定的湿度；十、当热处理室内的温度降至一定温度(高于热处理窑所在环境温度25～35℃)时，打开热处理窑门，取出热处理室内的木材，将其放置在空气中气干，得到气干后的木材即为以生物质燃气为加热介质制造的环保防腐木成品。

2.根据权利要求1所述一种以生物质燃气为加热介质的环保防腐木制造方法，其特征在于步骤三中所述的生物质材料为林木采伐剩余物等枯枝败叶。

3.根据权利要求1所述一种以生物质燃气为加热介质的环保防腐木制造方法，其特征在于步骤七中所述的三元混合气体为二氧化碳、氮气与氧气，并且氧气的含量低于5％。

4.根据权利要求1所述一种以生物质燃气为加热介质的环保防腐木制造方法，其特征在于步骤八中所述的时间维持3h。

5.根据权利要求1所述一种以生物质燃气为加热介质的环保防腐木制造方法，其特征在于步骤十中所述的降温降至高于热处理窑所在环境30℃。