CN105479570A - 一种环保人造炭化木生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保人造炭化木生产方法，其包括四个步骤：原料处理、热压成型、炭化处理和表面处理。其中，原料处理中的配比搅拌步骤是按照重量份比为：纯的细松木粉：硅酸钠溶液：硅溶胶：纳米二氧化钛粉体：木质素磺酸钠:滑石粉＝5～8：2～5：0.4～0.6：0.1～0.3：0.04～0.08：0.02～0.04组成的混合物在加热的状态下搅拌均匀，以获得含水率在8～12％的坯料，搅拌速度为230～250r/min，搅拌时间为15～25min。本发明所公开的人造炭化木具有阻燃性能、防水性能良好，且环保的特点，适用于多种领域，尤其适用于长期与水接触的工作环境。

Description

一种环保人造炭化木生产方法
技术领域
本发明涉及一种环保人造炭化木生产方法，属于木质材料制造技术领域。
背景技术
木材是一种各向异性的多孔材料，不仅具有隔音、隔热、弹性好和强重比大等特性，而且还具有良好的触觉和视觉效果。因此，木材常常被用做隔音材料、建筑结构材料和木制品。随着经济建设快速的发展和人们生活水平显著的提高，人们对木材的需求量日益增长。尽管木材是一种可再生资源，但供的速度远远小于需的速度，因而导致了木材供求之间的矛盾日趋紧张。为了缓解木材这种紧张局面，人们采用了人造板措施。
人造板，指的是以木材或其他非木材植物为原料，经一定机械加工分离成各种单元材料后，施加或不施加胶粘剂和其他添加剂胶合而成的板材。由于人造板的生产不仅可以充分利用木材机械加工过程中产生的废弃物，如刨花、边角废料及木碎等，而且还可以充分利用其他非木材植物，如农作物秸秆等，因此，人造板使得木材资源的利用率得以大大提高，同时还能有效节约森林资源、保护环境、节约成本。
目前已有大量的公开技术报道了以木材为原料的人造板生产方法，如发明专利CN101337360A公开了一种《再生人造板》，其主要是以木材废弃物(刨花、锯木、木碎)及制造夹板厂的四边夹板废料和物流包装废弃物为原料，经人工加工成统一规格的条状夹板条、再加上树脂胶合剂在高温重压下压制而成。这种再生人造板生产方法提高了木材综合利用率，同时也减少了森林资源消耗。随着人们对人造板研究的深入，其他非木材植物(如农作物秸秆)为原料的研究也逐渐地吸引研究工作者的关注，如发明专利CN101544010B公开了一种《一种棉秆人造板的生产方法及其棉秆人造板》，其主要是以用棉秆芯和棉皮纤维为原料，以异氰酸脂或脲醛树脂为胶粘剂，生产棉秆碎料板和棉秆纤维板。该人造板生产方法不仅消除了现行棉秆人造板生产中直接将棉秆粉碎作原料，在生产过程中存在的起团、起火等缺陷，而且还解决了一般人造板强度低、回潮率大以及纤维质量不高等问题。
虽然人造板提高了木材综合利用率，减少了森林资源消耗，并能很好地缓解了木材供不应求的紧张局面，但是其在使用过程中会释放一定量的污染环境的甲醛，这无疑会阻碍人造板行业的发展。同时随着居民消费观念的转变和环保意识的增强，这无形中促使了人造板研究工作者解决这样技术问题。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，使木材表面具有深棕色的美观效果，并拥有防腐及抗生物侵袭的作用，是一种环保的木材改性方法。因此，人造板研究工作者通过把人造板技术和炭化木技术相结合来解决人造板释放甲醛的技术问题。发明专利CN102039623A公开了一种《一种无胶人造炭化木的生产方法》，虽然该方法生产的人造炭化木具有防腐防虫性能好且环保特点，但由于其的阻燃性能并没有改善，这很大程度上限制其的使用范围。再者，其防水性能也没有改善，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、防水性能良好，且环保的人造炭化木是非常重要的。
发明内容
针对上述现有技术中人造炭化木阻燃性能、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、防水性能良好，且环保的人造炭化木生产方法。
本发明为解决上述问题所采取的技术方案为：
一种环保人造炭化木生产方法，其步骤如下：
1、原料处理
a)粉碎加工：将松木废弃物(刨花、锯木、木碎等)用粉碎机粗加工成15～25目的粗松木粉，再用细微粉碎机粉碎，得到160～180目的细松木粉；
b)离心过滤：在搅拌的状态下，将细松木粉溶解到氯化钠溶液中，待细松木粉充分溶解后，再将混合物进行离心、过滤、烘干，重复3次，得到纯净率≥95％的细松木粉；
c)配比搅拌：按照重量份比为：纯的细松木粉：硅酸钠溶液：硅溶胶：纳米二氧化钛粉体：木质素磺酸钠:滑石粉＝5～8：2～5：0.4～0.6：0.1～0.3：0.04～0.08：0.02～0.04组成的混合物在加热的状态下搅拌均匀，以获得含水率在8～12％的坯料，搅拌速度为230～250r/min，搅拌时间为15～25min。
优选的，所述的细松木粉的目数为170目；所述的重量份比为纯的细松木粉：硅酸钠溶液：硅溶胶：纳米二氧化钛粉体：木质素磺酸钠：滑石粉＝7：4：0.5：0.2：0.06:0.03。
所述硅溶胶的SiO2含量为30～50％，粒径范围为20～80nm；所述的硅酸钠模数为2.2～2.6；所述的纳米二氧化钛粉体粒径范围为1～100nm；所述的滑石粉目数为200～300目。
优选的，所述硅溶胶的SiO2含量为40％，粒径范围为30～70nm；所述的硅酸钠模数为2.4，所述的纳米二氧化钛粉体粒径范围为20～80nm；所述的滑石粉目数为250目。
2、热压成型
将经步骤1处理好的坯料置入预设的成形钢模中加热模压成坯块。成形压力范围为3～8MPa，成形温度范围为140～170℃，保温时间10～80min；制造时，喷蒸热压机上下压板的温度比预先设置的蒸汽温度高，这是为了防止蒸汽的冷凝。
3、炭化处理
a)预热阶段：将经步骤2处理好的坯块放入炭化设备中，并以11～13h内升到60～70℃的温度对其进行干燥和预热；
b)升温阶段：先将炭化设备内温度以10～14℃/h的速度升温到90～100℃，并保温0.2～0.4h；然后以3～5℃/h的速度升温到130～140℃，并保温0.3～0.5h，使坯块内部的含水率为0；最后10～14℃/h的速度升温到200～210℃，并保温0.7～0.9h，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；
c)降温阶段：采用间歇式喷蒸汽法降温，先以9～13℃/h的速度降温到130～140℃，并保温0.1～0.3h；然后以3～5℃/h的速度降温到90～100℃，并保温0.1～0.3h，同时使用相同温度的水蒸气对坯块进行调湿回潮处理，处理3～5h，将坯块的含水率回调到4～7％；最后，自然降温至室温，取出坯块。
4、表面处理
a)准备阶段：将步骤3处理好的坯块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坯块进行表面处理，并重复涂刷至一定厚度(坯块端头稍微涂刷厚点)，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、硅酸钠具有粘结力强、强度较高、耐热性能好的特点，在制造过程中起到粘结剂的作用。其不仅有助于松木粉热压成型，而且能渗入松木粉的缝隙和孔隙中，在炭化温度时，硅酸钠能生成硅凝胶堵塞毛细孔通道，提高人造炭化木的密度、力学强度、防水性能和阻燃性能，从而提高人造炭化木的抗风化能力。
2、硅溶胶的粘度较低，渗透深度比硅酸钠的大，因此和松木粉混合时能起到很好的分散和渗透作用；当温度升高时，硅溶胶中的水分蒸发，胶体粒子牢固地附着在松木粉表面，粒子间相互结合形成硅氧网状结构，进一步改善了人造炭化木的密度、力学强度、阻燃性能和防水性能。
3、纳米二氧化钛能与松木粉组分发生协同效应，同时还能吸收紫外线，因此，其可以提高人造炭化木的密度、耐候性能、阻燃性能，杀菌性能和耐老化能力；而木质素磺酸钠作为表面活性剂，则可以降低松木粉的表面能，使松木粉表面由亲水性变成疏水性，从而提高人造炭化木的防水性能。
4、滑石粉的加入，可以增加人造炭化木粒度的均匀分散性和形状的稳定性，从而降低其变形与开裂；同时滑石粉还具有良好的耐火性，可以有效地提高人造炭化木的阻燃性能。
5、采用阶梯式的连续升降温方法，减少了人造炭化木内部产生的温差，从而减少热应力导致的翘曲、起鼓、分层等缺陷；同时也减少了含水率梯度差导致的变形、开裂等缺陷，从而获得更好质量的人造炭化木。
6、由于不同木质原料之间会存在化学成分含量、化学结构和细胞结构的差异，因此，本发明采用单一的木质材料作为原料，克服了不同木质原料带来的结合性不好、形态差、质量不高等缺陷。
本发明所公开的人造炭化木具有阻燃性能、防水性能良好，且环保的特点，适用于多种领域，尤其适用于长期与水接触的工作环境。因此，其是一种具有良好应用前景的木质材料。
具体实施方式
实施例1
一种环保人造炭化木生产方法，其步骤如下：
1、选取：硅溶胶的SiO2含量为40％，粒径范围为30～70nm；硅酸钠模数为2.4；纳米二氧化钛粉体粒径范围为20～80nm；滑石粉目数为250目。
2、原料处理
a)粉碎加工：将松木废弃物(刨花、锯木、木碎等)用粉碎机粗加工成20目的粗松木粉，再用细微粉碎机粉碎，得到170目的细松木粉；
b)离心过滤：在搅拌的状态下，将细松木粉溶解到氯化钠溶液中，待细松木粉充分溶解后，再将混合物进行离心、过滤、烘干，重复3次，得到纯净率95％的细松木粉；
c)配比搅拌：按照重量份比为：纯的细松木粉：硅酸钠溶液：硅溶胶：纳米二氧化钛粉体：木质素磺酸钠:滑石粉＝7：4：0.5：0.2：0.06:0.03组成的混合物在加热的状态下搅拌均匀，以获得含水率在10％的坯料，搅拌速度为240r/min，搅拌时间为20min。
3、热压成型
将经步骤2处理好的坯料置入预设的成形钢模中加热模压成坯块。成形压力范围为6MPa，成形温度范围为155℃，保温时间45min。
4、炭化处理
a)预热阶段：将经步骤3处理好的坯块放入炭化设备中，并以12h内升到65℃的温度对其进行干燥和预热；
b)升温阶段：先将炭化设备内温度以12℃/h的速度升温到95℃，并保温0.3h；然后以4℃/h的速度升温到135℃，并保温0.4h，使坯块内部的含水率为0；最后12℃/h的速度升温到205℃，并保温0.8h，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；
c)降温阶段：采用间歇式喷蒸汽法降温，先以11℃/h的速度降温到135℃，并保温0.2h；然后以4℃/h的速度降温到95℃，并保温0.2h，同时使用相同温度的水蒸气对坯块进行调湿回潮处理，处理4h，将坯块的含水率回调到6％；最后，自然降温至室温，取出坯块。
5、表面处理
a)准备阶段：将步骤4处理好的坯块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坯块进行表面处理，并重复涂刷至2mm厚度，且养护3天即可。
实施例2
一种环保人造炭化木生产方法，其步骤如下：
1、选取：硅溶胶的SiO2含量为30％，粒径范围为20～80nm；硅酸钠模数为2.2；纳米二氧化钛粉体粒径范围为1～100nm；滑石粉目数为200目。
2、原料处理
a)粉碎加工：将松木废弃物(刨花、锯木、木碎等)用粉碎机粗加工成15目的粗松木粉，再用细微粉碎机粉碎，得到160目的细松木粉；
b)离心过滤：在搅拌的状态下，将细松木粉溶解到氯化钠溶液中，待细松木粉充分溶解后，再将混合物进行离心、过滤、烘干，重复3次，得到纯净率95.2％的细松木粉；
c)配比搅拌：按照重量份比为：纯的细松木粉：硅酸钠溶液：硅溶胶：纳米二氧化钛粉体：木质素磺酸钠:滑石粉＝5：2：0.4：0.1：0.04：0.02组成的混合物在加热的状态下搅拌均匀，以获得含水率在8％的坯料，搅拌速度为230r/min，搅拌时间为15min。
3、热压成型
将经步骤2处理好的坯料置入预设的成形钢模中加热模压成坯块。成形压力范围为3MPa，成形温度范围为140℃，保温时间10min。
4、炭化处理
a)预热阶段：将经步骤3处理好的坯块放入炭化设备中，并以11h内升到60℃的温度对其进行干燥和预热；
b)升温阶段：先将炭化设备内温度以10℃/h的速度升温到90℃，并保温0.2h；然后以3℃/h的速度升温到130℃，并保温0.3h，使坯块内部的含水率为0；最后10℃/h的速度升温到200℃，并保温0.7h，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；
c)降温阶段：采用间歇式喷蒸汽法降温，先以9℃/h的速度降温到130℃，并保温0.1h；然后以3℃/h的速度降温到90℃，并保温0.1h，同时使用相同温度的水蒸气对坯块进行调湿回潮处理，处理3h，将坯块的含水率回调到4％；最后，自然降温至室温，取出坯块。
5、表面处理
a)准备阶段：将步骤4处理好的坯块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坯块进行表面处理，并重复涂刷至2mm厚度，且养护3天即可。
实施例3
一种环保人造炭化木生产方法，其步骤如下：
1、选取：硅溶胶的SiO2含量为50％，粒径范围为25～75nm；硅酸钠模数为2.6；纳米二氧化钛粉体粒径范围为10～90nm；滑石粉目数为300目。
2、原料处理
a)粉碎加工：将松木废弃物(刨花、锯木、木碎等)用粉碎机粗加工成25目的粗松木粉，再用细微粉碎机粉碎，得到180目的细松木粉；
b)离心过滤：在搅拌的状态下，将细松木粉溶解到氯化钠溶液中，待细松木粉充分溶解后，再将混合物进行离心、过滤、烘干，重复3次，得到纯净率95.4％的细松木粉；
c)配比搅拌：按照重量份比为：纯的细松木粉：硅酸钠溶液：硅溶胶：纳米二氧化钛粉体：木质素磺酸钠:滑石粉＝8：5：0.6：0.3：0.08：0.04组成的混合物在加热的状态下搅拌均匀，以获得含水率在12％的坯料，搅拌速度为250r/min，搅拌时间为25min。
3、热压成型
将经步骤2处理好的坯料置入预设的成形钢模中加热模压成坯块。成形压力范围为8MPa，成形温度范围为170℃，保温时间80min。
4、炭化处理
a)预热阶段：将经步骤3处理好的坯块放入炭化设备中，并以13h内升到70℃的温度对其进行干燥和预热；
b)升温阶段：先将炭化设备内温度以14℃/h的速度升温到100℃，并保温0.4h；然后以5℃/h的速度升温到140℃，并保温0.5h，使坯块内部的含水率为0；最后14℃/h的速度升温到210℃，并保温0.9h，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；
c)降温阶段：采用间歇式喷蒸汽法降温，先以13℃/h的速度降温到140℃，并保温0.3h；然后以5℃/h的速度降温到100℃，并保温0.3h，同时使用相同温度的水蒸气对坯块进行调湿回潮处理，处理5h，将坯块的含水率回调到7％；最后，自然降温至室温，取出坯块。
5、表面处理
a)准备阶段：将步骤4处理好的坯块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坯块进行表面处理，并重复涂刷至2mm厚度，且养护3天即可。
表1为实施例1～3制成的人造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(％) 2.37±0.14 2.35±0.17 2.39±0.25
气干密度(g/cm3) 0.716±0.021 0.713±0.019 0.722±0.020
平衡含水率(％) 6.09±0.15 6.04±0.20 6.14±0.19
氧指数(％) 48 45 49
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 (1)

1.一种环保人造炭化木生产方法，其特征在于：其步骤如下：
1)、原料处理
a)粉碎加工：将松木废弃物(刨花、锯木、木碎等)用粉碎机粗加工成15～25目的粗松木粉，再用细微粉碎机粉碎，得到160～180目的细松木粉；
b)离心过滤：在搅拌的状态下，将细松木粉溶解到氯化钠溶液中，待细松木粉充分溶解后，再将混合物进行离心、过滤、烘干，重复3次，得到纯净率≥95％的细松木粉；
c)配比搅拌：按照重量份比为：纯的细松木粉：硅酸钠溶液：硅溶胶：纳米二氧化钛粉体：木质素磺酸钠:滑石粉＝5～8：2～5：0.4～0.6：0.1～0.3：0.04～0.08：0.02～0.04组成的混合物在加热的状态下搅拌均匀，以获得含水率在8～12％的坯料，搅拌速度为230～250r/min，搅拌时间为15～25min。
2)、热压成型
将经步骤1处理好的坯料置入预设的成形钢模中加热模压成坯块。成形压力范围为3～8MPa，成形温度范围为140～170℃，保温时间10～80min。
3)、炭化处理
a)预热阶段：将经步骤2处理好的坯块放入炭化设备中，并以11～13h内升到60～70℃的温度对其进行干燥和预热；
b)升温阶段：先将炭化设备内温度以10～14℃/h的速度升温到90～100℃，并保温0.2～0.4h；然后以3～5℃/h的速度升温到130～140℃，并保温0.3～0.5h，使坯块内部的含水率为0；最后10～14℃/h的速度升温到200～210℃，并保温0.7～0.9h，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；
c)降温阶段：采用间歇式喷蒸汽法降温，先以9～13℃/h的速度降温到130～140℃，并保温0.1～0.3h；然后以3～5℃/h的速度降温到90～100℃，并保温0.1～0.3h，同时使用相同温度的水蒸气对坯块进行调湿回潮处理，处理3～5h，将坯块的含水率回调到4～7％；最后，自然降温至室温，取出坯块。
4)、表面处理
a)准备阶段：将步骤3处理好的坯块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坯块进行表面处理。
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