CN105965638A - 微波处理重组材及其制备方法 - Google Patents

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CN105965638A CN201610543454.2A CN201610543454A CN105965638A CN 105965638 A CN105965638 A CN 105965638A CN 201610543454 A CN201610543454 A CN 201610543454A CN 105965638 A CN105965638 A CN 105965638A
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傅峰
周永东
徐恩光
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B27K3/02—Processes; Apparatus
    • B27K3/08—Impregnating by pressure, e.g. vacuum impregnation

Abstract

本发明公开了一种微波处理重组材及其制备方法，该微波处理重组材的原料包括锯材，所述锯材通过制备方法1或制备方法2获得微波处理重组材：制备方法1为锯材先通过高强度微波处理，然后直接热压；制备方法2为锯材先通过高强度微波处理，然后浸渍树脂基胶黏剂或生物基胶粘剂，再经热压或冷压而成。本发明解决了木材密度不均、力学性能不高，浸渍重组材尺寸稳定性差、浸渍深度不够、均匀性差的难题，该方法制得的微波处理重组材可用于家具领域、室内装饰领域和木结构建筑领域。

Description

微波处理重组材及其制备方法
技术领域
本发明涉及木材加工领域，特别涉及一种微波处理重组材及其制备方法，该方法制得的微波处理重组材可用于家具领域、室内装饰领域和木结构建筑领域。
背景技术
木材渗透性是木材的重要物理特性之一，改善渗透性有利于木材的高效加工和利用。国内外对改善木材渗透性进行了大量的研究，传统的改善木材渗透性的方法有化学法、生物法及物理法三类：1)化学法通过化学药剂，置换纹孔膜中的抽提物质或降解纹孔膜，扩大纹孔膜塞缘之间的开口，使细胞流动通道扩大，从而改善木材的渗透性；2)生物法利用细菌、霉菌等微生物分解木材管胞具缘纹孔或射线细胞的纹孔，以增加木材渗透性；3)物理法利用激光或机械刻痕、蒸汽爆破、超声波、冷冻等预处理工艺提高木材渗透性。其中：采用化学处理法在造成环境污染的同时，加工和使用安全问题也限制了处理材的应用领域；微生物分解木材纹孔方法存在控制困难，处理速度慢的缺陷；冷冻和蒸汽爆破等预处理存在处理时间长、处理效果差的问题；CN103112069A公布了一种提高木材透气性的处理设备和处理方法，该方法在真空状态下通过对木材进行超声波处理使得木材的水分通道被打通，从而提高木材渗透性。但该处理方法在真空状态下用超声波处理，成本高且不利用工业化生产。本发明采用连续隧道式微波设备对木材进行高强度微波处理，具有处理短时间、渗透性提高幅度大和便于连续化工业生产等优点。
CN1326678C，该方法在频率为0.1～24GHz，功率强度为100kW/cm2～10W/cm2，持续时间为0.05～600秒的条件下对木材进行微波处理，提高木材渗透性。为了保证木材的完整性和力学强度，其使用的微波功率较小，同时随着微波功率测增加处理后木材的弹性模量和抗弯强度下降增加，其中弦向方向的降低最大可达到50％左右。
随着天然林资源日益减少，如何高效利用人工林木材资源已成为全世界面临的重要课题。压缩重组材是提高软质木材性能的重要途径，压缩重组材可以广泛用于地板、家具、装饰装修等方面。国内外对压缩重组材进行了大量的研究。CN102233602B公布了一种压缩木短周期生产技术，该技术使用多对压辊对软化后的木材在推送过程中进行压缩，采用模具限制其反弹，在高温高压容器中采用高温饱和蒸汽对其定形后，自然冷却；CN103753664A公布了一种压缩木及其制备方法，该方法采用二次高频加热木材，在使木材内部具有一定的温度的条件下进行热压而成。以上方法均存在压缩木制造方法生产周期长、能耗较高等问题；CN201510575313.4公布了一种重组材及其制备方法，将小径木和枝桠材浸泡后进过碾压形成纵向不断裂，横向松散而交错相连的木束，然后通过扭转、压和搓将木束分离、干燥、施胶、组坯铺装、热压后制得重组材，但该方法操作复杂，能耗大，破坏了木材的原有组织结构和纹理，同时会造成一定的环境污染。
木材浸渍树脂处理是提高木材力学强度改善木材尺寸稳定性的重要途径，国内外对此已进行了大量的研究。CN101352860A公布了一种合成树脂浸渍木材改性的工艺方法，该方法采用在0.050～0.085MPa下抽真空20～30min，加入浸渍液后在0.7～0.9MPa下加压50～60min，卸压后取出木材，在90℃的烘箱中加热3～4小时固化。该专利主要强调了浸渍时使用树脂的改性，浸渍时间较长，同时树脂的浸渍效果取决于所选木材自身的渗透性，浸渍效果有限。CN1498153A提供了一种木材微波处理后制备改性木材的方法，将木材在一定微波辐射下进行处理使木材内部产生孔洞，然后浸入粘合剂，再对木材进行加压处理，让粘合剂在木材中固化并封闭之前形成的孔洞，以提高木材的力学性能。该方法主要提高了木材的表面浸注性能，同时对木材的浸渍与加压工艺没有做出明确表述，制成的产品属于表面密实化的木材产品，最终产品内部树脂分步均匀性无法控制，产品密度分布不均匀。CN102642223B公布了一种速生材的浸渍方法，该方法采用高压泵压注药液，当压力达到 时停止压注，并保持压力小时。以上树脂浸渍木材均采用高压浸渍，存在加压压力高、浸渍时间长、树脂分布均匀差和生产成本高、效率低等问题。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种微波处理重组材及其制备方法。本发明采用高强度微波处理锯材，使锯材在短时间内产生宏观和微观裂隙，渗透性大幅度提高，内应力释放；微波处理后的木材可以直接压制成型得到微波处理重组材，该方法生产工序简单、生产周期短，并且便于连续工业化生产，所得产品密度均匀、压缩回弹小；微波处理后的木材还可以经浸渍胶黏剂后压制成型，经微波处理后，木材的液体渗透性大幅度提高，相比传统高压浸渍，该方法加压压力低、浸渍时间短、树脂在木材内部分布均匀，所得产品力学性能大幅提升，压缩回弹小。
为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种微波处理重组材，其原料包括锯材，所述锯材通过以下任意一种制备方法获得微波处理重组材：制备方法1)为锯材先通过高强度微波处理，然后直接热压；制备方法2)为锯材先通过高强度微波处理，然后浸渍树脂基胶黏剂或生物基胶粘剂，再经热压或冷压而成；所述高强度微波处理时微波频率为0.1GHz～24GHz，优选为915MHz～2450MHz；微波源功率为1～300kW，优选为20～100kW的条件下处理时间为1～180s，优选10～120s；高强度微波处理优选采用连续式高强度微波处理设备对木材进行膨化处理，如：连续隧道式高强度微波处理设备，当使用连续隧道式高强度微波处理设备时微波体积功率为13kW/m3～4000kW/m3，优选为13kW/m3～1333kW/m3，本申请中微波体积功率的计算方法为：微波源功率/微波设备的隧道谐振腔腔体体积。高强度微波处理可以使木材产生大量宏观和微观裂缝。
上述微波处理重组材在另一种实现方式中，所述锯材优选为整边锯材，所述整边锯材优选为实木锯材。
上述微波处理重组材在另一种实现方式中，在制备方法1中，热压压力为2～50MPa，优选为5～10MPa；热压温度为120～300℃，优选为140～200℃，热压时间为5～240min，优选为10～120min。
上述微波处理重组材在另一种实现方式中，在制备方法2中，热压压力为2～50MPa，热压温度为80～240℃，热压时间为5～120min；冷压温度为室温，冷压压力为2～100MPa，优选为5～50MPa，冷压时间0.5小时～96小时，优选0.5小时～72小时。
上述微波处理重组材在另一种实现方式中，在制备方法2中，所述浸渍为加压浸渍，压力0.2～5MPa，优选0.2～1.5MPa，浸渍时间为5～60min，优选为5～15min。
上述微波处理重组材在另一种实现方式中，所述树脂基胶黏剂为脲醛树脂、酚醛树脂或各类改性热固性树脂，其分子量为100～20000，优选为分子量为300～800的脲醛树脂；所述生物基胶黏剂为植物胶黏剂或动物胶黏剂，其中：所述植物胶黏剂优选为大豆胶黏剂或淀粉胶黏剂；动物胶黏剂为各类动物蛋白胶黏剂。
上述微波处理重组材在另一种实现方式中，制备方法1和制备方法2在高强度微波处理之前，还包括调整木材含水率至5～40％，优选10～40％的步骤，如：调整含水率至10～25％。
上述微波处理重组材在另一种实现方式中，根据制备方法1获得的微波处理材的密度大于0.64g/cm3，抗弯强度大于80MPa，硬度大于1800N，弹性模量大于10GPa，吸水厚度膨胀率小于8％，任意断面处的剖面密度变异系数小于4％；根据制备方法2获得的微波处理材的密度大于0.7g/cm3，抗弯强度大于110MPa，硬度大于2600N，弹性模量大于12GPa，吸水厚度膨胀率小于6％，任意断面处的剖面密度变异系数小于4％。
本发明还提供了一种微波处理重组材的制备方法，包括以下步骤：
1)高强度微波处理：锯材在微波频率为0.1～24GHz，优选为915MHz～2450MHz，微波源功率为1～300kW，优选为20～100kW的条件下，处理1～180s，优选10～120s；
2)板材压制：将上一步骤所得材料直接进行热压成型，得到微波处理重组材。
上述微波处理重组材的制备方法在另一种实现方式中，热压压力为2～50MPa，优选为20～40MPa；热压温度为120～350℃，优选为160～300℃，热压时间为5～240min，优选为10～120min。
本发明还提供了另一种微波处理重组材的制备方法，包括以下步骤：
1)高强度微波处理：锯材在微波频率为0.1～24GHz，优选为915MHz～2450MHz，微波源功率为1～300kW，优选为20～100kW的条件下，处理1～180s，优选10～120s；
2)浸渍胶黏剂：浸渍树脂基胶黏剂或生物基胶粘剂；
3)板材压制：将上一步骤所得材料进行热压成型或冷压成型，得到微波处理重组材。
上述微波处理重组材的制备方法在另一种实现方式中，所述热压成型为在80～240℃、2～50MPa的条件下热压5～120min，如：在160～200℃、5～10MPa的条件下热压10～120min；所述冷压成型为在室温、2～100MPa，优选5～50MPa的条件下冷压0.5小时～96小时，优选0.5小时～72小时。
上述微波处理重组材的制备方法在另一种实现方式中，所述浸渍为加压浸渍，其条件为：在压力0.2～5MPa，优选0.2～2.0MPa的条件下利用树脂基胶粘剂或生物基胶黏剂进行浸渍，浸渍时间为5～60min，优选为5～15min；优选的在压力0.2MPa的条件下利用树脂基胶粘剂进行浸渍，浸渍时间为10min，所述树脂基胶粘剂为分子量300～500的脲醛树脂；或优选的在压力0.5～5MPa的条件下，利用生物基胶粘剂对高强度微波处理所得木材进行浸渍，浸渍时间为5～60min，所述生物基胶黏剂为大豆胶黏剂。
上述微波处理重组材的制备方法在另一种实现方式中，所述树脂基胶黏剂为脲醛树脂、酚醛树脂或各类改性热固性树脂，其分子量为100～20000，优选为分子量为300～800的脲醛树脂；所述生物基胶黏剂为植物胶黏剂或动物胶黏剂，其中：所述植物胶黏剂优选为大豆胶黏剂或淀粉胶黏剂；动物胶黏剂优选为各类动物蛋白胶黏剂。
上述微波处理重组材的制备方法在另一种实现方式中，在高强度微波处理之前，还包括调整木材含水率至5～40％，优选10～40％的步骤，如：调整含水率至10～25％。
上述微波处理重组材的制备方法在另一种实现方式中，所述锯材为实木锯材；所述连续式高强度微波处理设备为连续隧道式高强度微波处理设备，使用连续隧道式高强度微波处理设备时微波体积功率为13kW/m3～4000kW/m3，优选为13kW/m3～1333kW/m3。
本发明制备的微波处理重组材具有如下优点：
(1)本发明采用高强度连续式微波处理设备，便于连续化工业化生产，同时微波处理材渗透性大幅提高，以吸水增重率为指标，处理材的吸水增重率为未处理材的2～4倍；
(2)本发明采用的树脂浸渍方法时，浸渍压力低至0.2MPa，时间短至5～15min，可以降低处理成本，节省生产时间，提高生产效率；
(3)本发明通过微波处理实现了木材浸渍重组过程中厚度方向上的同步压缩，获得的重组材密度均匀、强度高、尺寸稳定性好。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
本专利中木材全干密度测定方法采用国标GB/T1933～2009中6全干密度的规定的方法测定；吸水厚度膨胀率测定方法采用国标GB/T17657～2013中4.5吸水厚度膨胀率方法2规定的测试方法进行测定；木材微波处理前后的抗弯弹性模量、抗弯强度和木材硬度分别按照GB/T1936.2～2009木材抗弯弹性模量测定方法；GB/T1936.1～2009木材抗弯强度试验方法；和GB/T1941～2009木材硬度试验方法中的规定进行测定，其中硬度取木材三个方向的平均值；重组材任意断面处的剖面密度使用德国EWS公司的DENSE～LABX剖面密度测试仪进行测量，步进厚度为0.05mm。
实施例1：
本实施方式采用尺寸为500mm(长)×100mm(宽)×30mm(厚)樟子松弦切板制备微波处理重组材，具体步骤如下：
(1)通过自然干燥(中国林业科学研究院气干棚)或者干燥窑干燥(干燥温度60～80℃)，使樟子松木材的含水率控制在30～40％；
(2)采用连续隧道式微波处理设备(南京三乐微波技术发展有限公司，型号为WX100L，以下相同)对木材进行微波处理，隧道谐振腔体长度为1m，隧道谐振腔体横截面尺寸0.3m×0.25m，处理工艺参数为：微波频率915MHz，微波源功率100kW，微波体积功率为1333kW/m3，处理时间120s；
(3)将步骤(2)中微波处理完的木材(处理后的含水率10～25％)与低分子量脲醛树脂(分子量为300～350)置于真空处理罐中加压浸渍，浸渍压力为0.25MPa，浸渍保压时间10min；
(4)将浸渍处理完的木材在热压机上热压，热压压力20MPa，热压温度160℃，热压时间10min，压缩率为40％，热压完后自然冷却，卸压；
本实施方式制备的微波重组材具体数据如下，对照材为市售的未经过微波处理的脲醛树脂浸渍重组材：
实施例2：
本实施方式采用尺寸为480mm(长)×90mm(宽)×30mm(厚)樟子松弦切板板材制备微波处理重组材，具体步骤如下：
(1)通过自然干燥(中国林业科学研究院气干棚)或者干燥窑干燥(干燥温度60～80℃)，使樟子松木材的含水率控制在30～40％；
(2)采用连续隧道式微波处理设备对木材进行微波处理，隧道谐振腔体长度为1m，隧道谐振腔体横截面尺寸0.3m×0.25m，处理参数为：微波频率915MHz，微波源功率300kW，微波体积功率为4000kW/m3，处理时间120s；
(3)将步骤(2)中微波处理完的木材(处理后的含水率10～25％)与大豆胶黏剂置于真空处理罐中加压浸渍，浸渍压力为0.25MPa，浸渍保压时间10min；
(4)将浸渍处理完的木材在冷压机加压，冷压温度为室温，冷压压力5～50MPa，冷压时间0.5小时～96小时，压缩率40％，冷压完后卸压；
本实施方式制备的微波重组材具体数据如下，对照材为市售的脲醛树脂浸渍重组材：
实施例3：
本实施方式采用尺寸为500mm(长)×80mm(宽)×25mm(厚)杉木弦切板材制备微波处理重组材，具体步骤如下：
(1)通过自然干燥(中国林业科学研究院气干棚)，使杉木松木材的含水率控制在30％；
(2)采用连续隧道式微波处理设备对木材进行微波处理，隧道谐振腔体长度为1m，隧道谐振腔体横截面尺寸0.3m×0.25m，处理参数为：微波频率915MHz，功率100kW，微波体积功率为1333kW/m3，处理时间120s；
(3)将步骤(2)中微波处理完的木材在热压机上热压，热压压力25～50MPa，热压温度160～300℃，热压时间15min，压缩率50％，热压完后自然冷却，卸压；
本实施方式制备的微波重组材具体数据如下，其中对照材为未处理木材：
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种微波处理重组材，其特征在于，其原料包括锯材，所述锯材通过制备方法1或制备方法2获得微波处理重组材：制备方法1为锯材先通过高强度微波处理，然后直接热压；制备方法2为锯材先通过高强度微波处理，然后浸渍树脂基胶黏剂或生物基胶粘剂，再经热压或冷压而成；其中：
所述高强度微波处理为采用连续式高强度微波处理设备对木材进行膨化处理，微波频率为0.1～24GHz，优选为915～2450MHz；微波源功率为1～300kW，优选为20～100kW的条件下处理1～180s，优选10～120s。
2.根据权利要求1所述的微波处理重组材，其特征在于，通过制备方法1获得的微波处理材的密度大于0.64g/cm3，抗弯强度大于80MPa，硬度大于1800N，弹性模量大于10GPa，吸水厚度膨胀率小于8％，任意断面处的剖面密度变异系数小于4％；通过制备方法2获得的微波处理材的密度大于0.7g/cm3，抗弯强度大于110MPa，硬度大于2600N，弹性模量大于12GPa，吸水厚度膨胀率小于6％，任意断面处的剖面密度变异系数小于4％。
3.一种微波处理重组材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)高强度微波处理：锯材在微波频率为0.1～24GHz，优选为915MHz～2450MHz，微波源功率为1～300kW，优选为20～100kW的条件下处理1～180s，优选10～120s；
2)板材压制：将步骤1)所得材料直接进行热压成型，得到微波处理重组材。
4.一种微波处理重组材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)高强度微波处理：锯材在微波频率为0.1GHz～24GHz，优选为915MHz～2450MHz，微波源功率为1～300kW，优选为20～100kW的条件下，处理1～180s，优选10～120s；
2)浸渍胶黏剂：将上一步骤所得材料浸渍树脂基胶黏剂或生物基胶粘剂；
3)板材压制：将上一步骤所得材料进行热压成型或冷压成型，得到微波处理重组材。
5.根据权利要求1所述的微波处理重组材或权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在权利要求1的制备方法1中或者权利要求3所述的制备方法中，热压压力为2～50MPa，优选为20～40MPa，热压温度为120～350℃，优选为160～300℃，热压时间为5～240min，优选为10～120min。
6.根据权利要求1所述的微波处理重组材或权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在权利要求1的制备方法2中或者权利要求4所述的制备方法中，热压压力为2～50MPa，优选为10～40MPa，热压温度为80～240℃，热压时间为5～120min；冷压温度为室温，冷压压力为2～100MPa，优选为5～50MPa，冷压时间0.5小时～96小时，优选0.5小时～72小时。
7.根据权利要求1所述的微波处理重组材或权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在权利要求1的制备方法2中或者权利要求4所述的制备方法中，所述浸渍为加压浸渍，压力0.2～5MPa，时间5～60min，优选为5～15min。
8.根据权利要求1所述的微波处理重组材或权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述树脂基胶黏剂优选为脲醛树脂、酚醛树脂或各类改性热固性树脂，其分子量为100～20000；所述生物基胶黏剂为植物胶黏剂或动物胶黏剂，其中：所述植物胶黏剂优选为大豆胶黏剂或淀粉胶黏剂；所述动物胶黏剂优选为各类动物蛋白胶黏剂。
9.根据权利要求1所述的微波处理重组材或权利要求3～4之一所述的制备方法，其特征在于，在高强度微波处理之前，还包括调整木材含水率至5～40％，优选含水量至20～40％的步骤。
10.根据权利要求1所述的微波处理重组材或权利要求3～4之一所述的制备方法，其特征在于，所述锯材为整边锯材，所述整边锯材优选为实木锯材；所述连续式高强度微波处理设备为连续隧道式高强度微波处理设备，使用连续隧道式高强度微波处理设备时微波体积功率为13kW/m3～4000kW/m3，优选为13kW/m3～1333kW/m3。
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