CN105479569A - 一种炭化木生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种炭化木生产方法,其包括三个步骤:木材浸注预处理、木材高温处理和木材表面处理。其中,木材浸注预处理中的浸注改性液是由重量份比为硅酸钠溶液:纳米二氧化硅粉体:纳米二氧化钛粉体:四硼酸钠溶液=3~5:0.6~0.8:0.4~0.6:2~4组成的混合溶液;木材高温处理中的降温阶段:采用间歇式喷蒸汽法降温,先将炭化室内温度以8~12℃/h的速度降温到110~120℃,并保温1~2h;然后以3~6℃/h的速度降温到90~100℃,并保温0.5~1h,同时使用相同温度的水蒸气对木材进行调湿回潮处理,处理7~9h,将木材的含水率回调到4~7%;最后,自然降温至室温,取出木材。
Description
技术领域
本发明涉及一种炭化木生产方法,属于木材科学与技术领域。
背景技术
木材是天然环保材料,不仅具有吸收紫外线的功能,还具有控温调湿的功效,更重要的是其具有可再生、可加工的特性,因此,其被广泛用于建材、家具等领域。然而,木材也存在很多缺陷,如木材使用时会与周围环境发生水分交换而产生干缩与湿涨,从而造成木制品变形、开裂;木材又是许多菌类和昆虫的食物,所以木制品易发霉、生虫。为了解决木材的这样技术问题,人们采用物理和化学改性技术对其进行改性。常用的物理改性方法是木材热处理法(又称炭化木法),而化学改性方法是木材浸渍法。通过这些改性技术,既能可减少木材变形,又能改善其生物耐久性,同时还能一定程度的延长其使用寿命。
炭化木是在不含任何化学剂条件下应用高温对木材进行炭化处理,使其组分中羟基浓度减小,从而增加其的尺寸稳定性;同时还改变了其的某些营养成分,从而具有较好的防虫功能。炭化木又可以分为表层炭化木和深度炭化木。表层炭化木,也称为工艺炭化木、炭烧木,主要是指用氧焊枪烧烤,使木材表面具有一层很薄的炭化层,对木材性能的改变可以类比木材的油漆,但可以突显表面凹凸的木纹,产生立体效果;深度炭化木,又称为完全炭化木、同质炭化木,主要是指经过200℃左右的高温炭化技术处理木材深层,从而破坏其营养成分和重组其吸水官能团半纤维素,进而实现防腐防虫的功能和延长使用寿命的功效。然而,炭化木也存在一些不足之处,如经高温炭化后的木材变脆,密度、力学强度下降,在生产或使用过程中可能断裂;低于200℃处理得到的炭化木其尺寸稳定性、耐腐性能、耐候性能、阻燃性能并没有显著改善;防蚁防霉功能有所下降,木材炭化后比较容易受白蚁蛀蚀。
木材浸渍,是指木材在水溶性低分子量树脂的溶液中浸渍时,树脂扩散进入木材细胞壁并使木材增容,经干燥除去水分,树脂由于加热而固化,生成不溶于水的聚合物。浸渍处理后的木材的尺寸稳定性、力学强度性能均得到显著改善。如发明专利CN101716790B公开了一种《树脂预处理生产橡胶树炭化木方法》,该方法是通过真空加压浸注树脂,能增加橡胶树炭化木的强度,还使得其尺寸稳定性及耐久性更加优良。但是,其的阻燃性能并没有改善。为了改善炭化木的阻燃性能,人们进行多方面的研究,如发明专利CN103240780A公开了一种《硅溶胶浸注预处理改善炭化木性能的方法》,该方法是通过用硅溶胶浸注预处理制备炭化木,虽然炭化木的阻燃性能、防白蚁性能有了一定程度的改善,但是效果不理想,从而限制了炭化木的使用范围。再者,其防水性能也一般,难以适用于长期与水接触的工作环境。因此,开发一种阻燃性能、防白蚁性能、防水性能良好的炭化木是非常重要的。
发明内容
针对上述现有技术中木材浸渍改善阻燃性能、防白蚁性能不理想及防水性能差的技术问题,本发明所要解决的技术问题是提出了一种阻燃性能、防白蚁性能、防水性能良好的炭化木生产方法。
本发明为解决上述问题所采取的技术方案为:
一种炭化木生产方法,其步骤如下:
1、木材浸注预处理
将木材置于真空处理罐中,首先对真空处理罐进行0.5~1h抽真空;然后注入浸注改性液,待处理罐注满后,施加1~2Mpa,保压时间为2~3h的压强;最后对真空处理罐进行1~2h抽真空,排出木材残留的浸注改性液,取出木材。
优选的,将木材置于真空处理罐中,首先对真空处理罐进行0.8h抽真空;然后注入浸注改性液,待处理罐注满后,施加1.5Mpa,保压时间为2.5h的压强;最后对真空处理罐进行1.5h抽真空,排出木材残留的浸注改性液,取出木材。
所述的浸注改性液是由硅酸钠溶液、纳米二氧化硅粉体、纳米二氧化钛粉体和四硼酸钠溶液组成的混合溶液。其中,它们的重量份比为:硅酸钠溶液:纳米二氧化硅粉体:纳米二氧化钛粉体:四硼酸钠溶液=3~5:0.6~0.8:0.4~0.6:2~4。
优选的,所述的浸注改性液重量份比为:硅酸钠溶液:纳米二氧化硅粉体:纳米二氧化钛粉体:四硼酸钠溶液=4:0.7:0.5:3。
所述的硅酸钠模数为1.2~1.6;所述的纳米二氧化硅粉体、纳米二氧化钛粉体的粒径范围为1~100nm。
优选的,所述的硅酸钠模数为1.4;所述的纳米二氧化硅粉体、纳米二氧化钛粉体的粒径范围为10~80nm。
2、木材高温处理
a)准备阶段:将浸注预处理好的木材,按井字法堆垛放入炭化设备中的炭化室内,并关闭炭化室的大门;
b)预热阶段:将炭化室内温度以15~25h内升到40~60℃对其进行干燥和预热,使木材的含水率小于12%;
c)升温、保温阶段:先将炭化室内温度以10~15℃/h的速度升温到85~95℃,并保温1~2h;然后以4~7℃/h的速度升温到110~120℃,并保温2~3h,使木材内部的含水率为0;最后10~15℃/h的速度升温到190~215℃,并保温2~6h,在此升温阶段采用间歇式喷蒸汽法喷入蒸汽作为保护气体;
d)降温阶段:采用间歇式喷蒸汽法降温,先将炭化室内温度以8~12℃/h的速度降温到110~120℃,并保温1~2h;然后以3~6℃/h的速度降温到90~100℃,并保温0.5~1h,同时使用相同温度的水蒸气对木材进行调湿回潮处理,处理7~9h,将木材的含水率回调到4~7%;最后,自然降温至室温,取出木材。
3、木材表面处理
a)准备阶段:将高温处理好的木材进行表面清洁和干燥;
b)处理阶段:通过涂刷经硫酸铝中和后稀甲基硅酸钠溶液对木材进行表面处理,并重复涂刷至一定厚度(木材端头稍微涂刷厚点),且养护3天或以上即可。
本发明的有益效果体现在以下几方面:
1、采用硅酸钠溶液、纳米二氧化硅粉体、纳米二氧化钛粉体和四硼酸钠溶液组成的混合溶液作为浸注改性液,与现有技术相比,其不但具有纳米二氧化硅的特性,而且兼具有:硅酸钠高温可以形成硅凝胶固体、二氧化硅的特点,可以有效地提高木材的力学强度、防水性能和阻燃性能;纳米二氧化钛可以提高木材的密度、耐候性和抗沾污能力,同时还可以借助其的光催化反应,使其具有超强的杀菌性能;四硼酸钠可以有效地提高木材的防虫防白蚁性能。
2、采用阶梯式的连续升降温方法,可以有效地防止木材处理过程中产出开裂、变形等缺陷,同时还可以消除木材内部形成的应力,从而获得更好质量的木材。
3、本发明采用干燥和炭化一次完成,与现有技术相比,减少处理时间,提高生产效率。
4、用经硫酸铝中和后稀甲基硅酸钠溶液对木材进行表面处理,可以提高木材的疏水性能、防腐性能和力学强度,从而拓宽了木材的应用范围。
具体实施方式
实施例1
一种炭化木生产方法,其步骤如下:
1、选取:硅酸钠模数为1.4;纳米二氧化硅粉体、纳米二氧化钛粉体的粒径范围为10~80nm。
2、木材浸注预处理
将规格为1200mm×130mm×30mm(长×宽×厚)的木材置于真空处理罐中,首先对真空处理罐进行0.8h抽真空;然后注入硅酸钠溶液:纳米二氧化硅粉体:纳米二氧化钛粉体:四硼酸钠溶液=4:0.7:0.5:3的浸注改性液,待处理罐注满后,施加1.5Mpa,保压时间为2.5h的压强;最后对真空处理罐进行1.5h抽真空,排出木材残留的浸注改性液,取出木材。
3、木材高温处理
a)准备阶段:将浸注预处理好的木材,按井字法堆垛放入炭化设备中的炭化室内,并关闭炭化室的大门;
b)预热阶段:将炭化室内温度以20h内升到50℃对其进行干燥和预热,使木材的含水率小于12%;
c)升温、保温阶段:先将炭化室内温度以13℃/h的速度升温到90℃,并保温1.5h;然后以6℃/h的速度升温到115℃,并保温2.5h,使木材内部的含水率为0;最后12℃/h的速度升温到200℃,并保温4h,在此升温阶段采用间歇式喷蒸汽法喷入蒸汽作为保护气体;
d)降温阶段:采用间歇式喷蒸汽法降温,先将炭化室内温度以10℃/h的速度降温到115℃,并保温1.5h;然后以5℃/h的速度降温到95℃,并保温0.8h,同时使用相同温度的水蒸气对木材进行调湿回潮处理,处理8h,将木材的含水率回调到6%;最后,自然降温至室温,取出木材。
4、木材表面处理
a)准备阶段:将高温处理好的木材进行表面清洁和干燥;
b)处理阶段:通过涂刷经硫酸铝中和后稀甲基硅酸钠溶液对木材进行表面处理,并重复涂刷至2mm厚度,且养护3天即可。
实施例2
一种炭化木生产方法,其步骤如下:
1、选取:硅酸钠模数为1.2;纳米二氧化硅粉体、纳米二氧化钛粉体的粒径范围为1~100nm。
2、木材浸注预处理
将规格为1200mm×130mm×30mm(长×宽×厚)的木材置于真空处理罐中,首先对真空处理罐进行0.5h抽真空;然后注入硅酸钠溶液:纳米二氧化硅粉体:纳米二氧化钛粉体:四硼酸钠溶液=3:0.6:0.4:2的浸注改性液,待处理罐注满后,施加1Mpa,保压时间为2h的压强;最后对真空处理罐进行1h抽真空,排出木材残留的浸注改性液,取出木材。
3、木材高温处理
a)准备阶段:将浸注预处理好的木材,按井字法堆垛放入炭化设备中的炭化室内,并关闭炭化室的大门;
b)预热阶段:将炭化室内温度以15h内升到40℃对其进行干燥和预热,使木材的含水率小于12%;
c)升温、保温阶段:先将炭化室内温度以10℃/h的速度升温到85℃,并保温1h;然后以4℃/h的速度升温到110℃,并保温2h,使木材内部的含水率为0;最后10℃/h的速度升温到190℃,并保温2h,在此升温阶段采用间歇式喷蒸汽法喷入蒸汽作为保护气体;
d)降温阶段:采用间歇式喷蒸汽法降温,先将炭化室内温度以8℃/h的速度降温到110℃,并保温1h;然后以3℃/h的速度降温到90℃,并保温0.5h,同时使用相同温度的水蒸气对木材进行调湿回潮处理,处理7h,将木材的含水率回调到4%;最后,自然降温至室温,取出木材。
4、木材表面处理
a)准备阶段:将高温处理好的木材进行表面清洁和干燥;
b)处理阶段:通过涂刷经硫酸铝中和后稀甲基硅酸钠溶液对木材进行表面处理,并重复涂刷至2mm厚度,且养护3天即可。
实施例3
一种炭化木生产方法,其步骤如下:
1、选取:硅酸钠模数为1.6;纳米二氧化硅粉体、纳米二氧化钛粉体的粒径范围为20~70nm。
2、木材浸注预处理
将规格为1200mm×130mm×30mm(长×宽×厚)的木材置于真空处理罐中,首先对真空处理罐进行1h抽真空;然后注入硅酸钠溶液:纳米二氧化硅粉体:纳米二氧化钛粉体:四硼酸钠溶液=5:0.8:0.6:4的浸注改性液,待处理罐注满后,施加2Mpa,保压时间为3h的压强;最后对真空处理罐进行2h抽真空,排出木材残留的浸注改性液,取出木材。
3、木材高温处理
a)准备阶段:将浸注预处理好的木材,按井字法堆垛放入炭化设备中的炭化室内,并关闭炭化室的大门;
b)预热阶段,将炭化室内温度以25h内升到60℃对其进行干燥和预热,使木材的含水率小于12%;
c)升温、保温阶段:先将炭化室内温度以15℃/h的速度升温到95℃,并保温2h;然后以7℃/h的速度升温到120℃,并保温3h,使木材内部的含水率为0;最后15℃/h的速度升温到215℃,并保温6h,在此升温阶段采用间歇式喷蒸汽法喷入蒸汽作为保护气体;
d)降温阶段:采用间歇式喷蒸汽法降温,先将炭化室内温度以12℃/h的速度降温到120℃,并保温2h;然后以6℃/h的速度降温到100℃,并保温1h,同时使用相同温度的水蒸气对木材进行调湿回潮处理,处理9h,将木材的含水率回调到7%;最后,自然降温至室温,取出木材。
4、木材表面处理
a)准备阶段:将高温处理好的木材进行表面清洁和干燥;
b)处理阶段:通过涂刷经硫酸铝中和后稀甲基硅酸钠溶液对木材进行表面处理,并重复涂刷至2mm厚度,且养护3天即可。
表1为实施例1~3制成的炭化木的部分性能测试结果。
表1
测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
质量损失率(%) | 2.78±0.15 | 2.72±0.18 | 2.82±0.23 |
气干密度(g/cm3) | 0.712±0.011 | 0.706±0.016 | 0.718±0.021 |
平衡含水率(%) | 6.15±0.12 | 6.08±0.14 | 6.20±0.18 |
氧指数(%) | 32.4 | 31.5 | 32.8 |
颜色明度值 | 45 | 42 | 47 |
防虫性能 | 良好 | 良好 | 良好 |
防水性能 | 良好 | 良好 | 良好 |
耐腐性能 | 强 | 强 | 强 |
当然,上面只是本发明优选的具体实施方式作了详细描述,并非以此限制本发明的实施范围,凡依本发明的原理、构造以及结构所作的等效变化,均应涵盖于本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种炭化木生产方法,其特征在于:其步骤如下:
1)、木材浸注预处理
将木材置于真空处理罐中,首先对真空处理罐进行0.5~1h抽真空;然后注入浸注改性液,待处理罐注满后,施加1~2Mpa,保压时间为2~3h的压强;最后对真空处理罐进行1~2h抽真空,排出木材残留的浸注改性液,取出木材。
2)、木材高温处理
a)准备阶段:将浸注预处理好的木材,按井字法堆垛放入炭化设备中的炭化室内,并关闭炭化室的大门;
b)预热阶段:将炭化室内温度以15~25h内升到40~60℃对其进行干燥和预热,使木材的含水率小于12%;
c)升温、保温阶段:先将炭化室内温度以10~15℃/h的速度升温到85~95℃,并保温1~2h;然后以4~7℃/h的速度升温到110~120℃,并保温2~3h,使木材内部的含水率为0;最后10~15℃/h的速度升温到190~215℃,并保温2~6h,在此升温阶段采用间歇式喷蒸汽法喷入蒸汽作为保护气体;
d)降温阶段:采用间歇式喷蒸汽法降温,先将炭化室内温度以8~12℃/h的速度降温到110~120℃,并保温1~2h;然后以3~6℃/h的速度降温到90~100℃,并保温0.5~1h,同时使用相同温度的水蒸气对木材进行调湿回潮处理,处理7~9h,将木材的含水率回调到4~7%;最后,自然降温至室温,取出木材。
3)、木材表面处理
a)准备阶段:将高温处理好的木材进行表面清洁和干燥;
b)处理阶段:通过涂刷经硫酸铝中和后稀甲基硅酸钠溶液对木材进行表面处理。
2.根据权利要求1所述的炭化木生产方法,其特征在于:所述的浸注改性液是由重量份比为:硅酸钠溶液:纳米二氧化硅粉体:纳米二氧化钛粉体:四硼酸钠溶液=3~5:0.6~0.8:0.4~0.6:2~4组成的混合溶液。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160413 |