CN106346581B - 一种木材改性处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种木材改性处理方法，涉及木材加工领域。该方法包括：将速生木材进行超声清洗；使用改性剂、CaCO3和土壤对速生木材进行改性处理，所述速生木材与所述改性剂的体积比为1:3，所述改性剂包括纳米SiO2、桐油、松香和单宁，所述纳米SiO2、桐油、松香和单宁的体积比为1‑3:1‑3:1‑2:1；将速生木材使用混合后的土壤包裹密实，然后放入恒温恒湿箱环境中1‑3个月；将恒温恒湿箱中包裹着土壤的速生木材放入真空加压热处理罐中，加速木材改性。本发明通过模拟缺氧、高温、高压、微生物作用的生态环境，同时添加纳米改性物质及天然植物提取物等方式加速速生林木材的“阴沉化”，得到密度大、强度高、尺寸稳定性好的改性木材。

Description

一种木材改性处理方法
技术领域
本发明涉及木材加工领域，更具体的涉及一种木材改性处理方法。
背景技术
木材、钢材、水泥和塑料并称为四大建设材料。其中，木材是四大材料中唯一天然可再生的结构材料，具有美观环保、无毒、易加工等特点，它与人类之间最为亲和，是深受人们喜爱的绿色天然材料，但随着人类需求量的增加，天然林资源正处于日益匮乏的状态，尤其稀有树种更是濒临灭绝，且从2016年开始我国已开始实施天然林全面商业禁伐，因此速生林将成为目前和未来的主要商业用材。但速生林木材大多材质疏松、密度较低、极易发生生物降解导致腐朽、虫蛀、霉变、蓝变，使得木材的使用寿命变短。通常使用木材改性处理以保护木材，延长木材的使用寿命以及减少木材由于腐朽、虫蛀引起的降等、降级，并且还可以起到提高木材产品质量、强度、尺寸稳定性，增加木材产品功能的作用。
到目前为止，最为常用的防止木材腐朽且改善其密度、尺寸稳定性的方法多是化学改性，但化学改性从一定程度上对环境、人类安全等方面造成了一定的影响。随着国际化进程的进一步发展，我国对改性木材的使用要求也越来越规范。因此开发新的木材改性处理方法，以便提高优化木材性能、减少环境污染、延长木材使用寿命、保护环境。
发明内容
本发明提供一种木材改性处理方法，清洁环保，使得改性后的木材具有密度大、强度高、尺寸稳定性好、耐腐蚀性能强等优点。
具体的，本发明中木材改性处理方法，包括以下步骤：
步骤1：将速生木材进行超声清洗预处理20-40min；
步骤2：使用改性剂、CaCO3和土壤对速生木材进行改性处理，所述速生木材与所述改性剂的体积比为1:3，所述改性剂包括纳米SiO2、桐油、松香和单宁，所述纳米SiO2、桐油、松香和单宁的体积比为1-3:1-3:1-2:1，所述速生木材与所述土壤的体积比为1:5，所述CaCO3与所述土壤的体积比为0.03-0.08:1；
步骤3：将速生木材使用混合后的土壤包裹密实，然后在恒温恒湿环境中放置1-3个月，温度为20-30℃，湿度为60-80％；
步骤4：将步骤3中包裹土壤的速生木材放入真空加压热处理罐中，加速木材改性，所述真空加压热处理罐的压力为0.8-1.2MPa，温度为160-220℃，时间为2-10h。
优选的，纳米SiO2为质量分数3-10％的纳米SiO2溶液或纳米SiO2凝胶。
优选的，CaCO3配制成质量分数为20-30％的溶液进行使用。
优选的，桐油为纯桐油。
优选的，松香配制成质量分数为20-30％的松香溶液进行使用。
优选的，单宁配制成质量分数为20-30％的单宁溶液进行使用。
优选地，步骤2中对速生木材进行改性的具体步骤为：
按比例分别称取纳米SiO2、桐油、松香和单宁，纳米SiO2为质量分数为3-10％的纳米SiO2溶液或纳米SiO2凝胶，松香配制成质量分数为20-30％的松香溶液，单宁配制成质量分数为20-30％的单宁溶液；将纳米SiO2、桐油、松香溶液和单宁溶液混合均匀，形成改性剂；
并称取一定量的CaCO3，配制成质量分数为20-30％的CaCO3溶液；将改性剂按比例混入土壤中进行搅拌，再向搅拌后的土壤中加入CaCO3溶液，搅拌均匀至粘稠状，将速生木材埋入粘稠的土壤中。
优选的，步骤2中对速生木材进行改性的具体步骤为：
按比例分别称取纳米SiO2、桐油、松香和单宁，纳米SiO2为质量分数为3-10％的纳米SiO2溶液或纳米SiO2凝胶，松香配制成质量分数为20-30％的松香溶液，单宁配制成质量分数为20-30％的单宁溶液；将纳米SiO2、桐油、松香溶液和单宁溶液依次真空浸渍注入速生木材中；
称取一定量的CaCO3，配制成质量分数为20-30％的CaCO3溶液，将CaCO3溶液加入土壤中搅拌均匀至粘稠状，然后向粘稠的土壤中埋入浸渍后的速生木材。
本发明中，通过模拟缺氧、高温、高压、微生物作用的生态环境，同时添加纳米改性物质及天然植物提取物等方式加速速生林木材的“阴沉化”，在短时间内形成类似于阴沉木的“阴沉化”改性材，使其具有密度大、强度高、尺寸稳定性好、耐腐性能强等优点，减少了对环境的污染以及不存在防腐剂抗流失性问题，且生产成本低，适用木材种类多。
具体实施方式
实施例1
本发明实施例1提供的木材改性处理方法，包括以下步骤：
步骤1：将尺寸规格为20mm×20mm×20mm的速生木材进行超声清洗30min，清洗速生木材表面的杂质以改善木材的渗透性，木材选用杨木；
步骤2：按1:1:1:1的体积比分别称取纳米SiO2、桐油、松香和单宁，纳米SiO2为质量分数3％的纳米SiO2溶液，桐油为纯桐油，松香配制成20％的松香溶液，单宁配制成质量分数为20％的单宁溶液；将质量分数3％的纳米SiO2溶液、桐油、松香溶液和单宁溶液混合均匀，形成改性剂；
根据速生木材与土壤的体积比为1:5，CaCO3溶液与土壤的体积比为0.03:1的比例，准备相应的土壤，并称取相应的CaCO3，配制成质量分数为20％的CaCO3溶液；将改性剂按比例混入土壤中进行搅拌，再向搅拌后的土壤中加入CaCO3溶液，搅拌均匀至粘稠状，将速生木材埋入粘稠的土壤中；
步骤3：将步骤2中处理后的速生木材使用混合后的土壤包裹密实，然后放入恒温恒湿箱中3个月，使得木材与土壤充分适应，恒温恒湿箱中温度为25℃，湿度为70％；
步骤4：将步骤3中包裹土壤的速生木材放入真空加压热处理罐中，加速木材改性，真空加压热处理罐中的工艺参数按照表1中的组合进行处理。
表1真空加压热处理罐处理时的工艺参数
实施例2
本发明实施例2提供的木材改性处理方法，包括以下步骤：
步骤1：将尺寸规格为20mm×20mm×10mm的速生木材进行超声清洗20min，清洗速生木材表面的杂质以改善木材的渗透性，木材选用杨木；
步骤2：按1:3:2:1的体积比分别称取纳米SiO2、桐油、松香和单宁，纳米SiO2为质量分数为5％的纳米SiO2凝胶，松香配制成质量分数为25％的松香溶液，桐油为纯桐油，单宁配制成质量分数为25％的单宁溶液；将质量分数5％的纳米SiO2凝胶、桐油、松香溶液和单宁溶液依次真空浸渍注入速生木材中；
根据速生木材与土壤的体积比为1:5，CaCO3溶液与土壤的体积比为0.05:1的比例，准备相应的土壤，并称取相应的CaCO3，配制成质量分数为30％的CaCO3溶液，将CaCO3溶液加入土壤中搅拌均匀至粘稠状，然后向粘稠的土壤中埋入浸渍后的速生木材；
步骤3：将步骤2中处理后的速生木材使用混合后的土壤包裹密实，然后放入恒温恒湿箱中3个月，使得木材与土壤充分适应，恒温恒湿箱中温度为20℃，湿度为60％；
步骤4：将步骤3中包裹土壤的速生木材放入真空加压热处理罐中，加速木材改性，真空加压热处理罐中的工艺参数按照表2中的组合进行处理。
表2真空加压热处理罐处理时的工艺参数
实施例3
本发明实施例3提供的木材改性处理方法，包括以下步骤：
步骤1：将尺寸规格为20mm×20mm×20mm的速生木材进行超声清洗40min，清洗速生木材表面的杂质以改善木材的渗透性，木材选用杉木；
步骤2：按3:3:2:1的体积比分别称取纳米SiO2、桐油、松香和单宁，纳米SiO2为质量分数为7％的纳米SiO2溶液，松香配制成质量分数为30％的松香溶液，桐油为纯桐油，单宁配制成质量分数为30％的单宁溶液；将质量分数7％的纳米SiO2溶液、桐油、松香溶液和单宁溶液依次真空浸渍注入速生木材中；
根据速生木材与土壤的体积比为1:5，CaCO3溶液与土壤的体积比为0.08:1的比例，准备相应的土壤，并称取相应的CaCO3，配制成质量分数为25％的CaCO3溶液，将CaCO3溶液加入土壤中搅拌均匀至粘稠状，然后向粘稠的土壤中埋入浸渍后的速生木材；
步骤3：将步骤2中处理后的速生木材使用混合后的土壤包裹密实，然后放入恒温恒湿箱中2个月，温度为30℃，湿度为80％；
步骤4：将步骤3中包裹土壤的速生木材放入真空加压热处理罐中，加速木材改性，真空加压热处理罐的压力为1.0MPa，温度为180℃，时间为7h。
实施例4
本发明实施例4提供的木材改性处理方法，包括以下步骤：
步骤1：将尺寸规格为20mm×20mm×10mm的速生木材进行超声清洗25min，清洗速生木材表面的杂质以改善木材的渗透性，木材选用杉木；
步骤2：按2:2:1:1的体积比分别称取纳米SiO2、桐油、松香和单宁，纳米SiO2为质量分数10％的纳米SiO2溶液，桐油为纯桐油，松香配制成25％的松香溶液，单宁配制成质量分数为25％的单宁溶液；将质量分数10％的纳米SiO2溶液、桐油、松香溶液和单宁溶液混合均匀，形成改性剂；
根据速生木材与土壤的体积比为1:5，CaCO3溶液与土壤的体积比为0.03:1的比例，准备相应的土壤，并称取相应的CaCO3，配制成质量分数为20％的CaCO3溶液；将改性剂按比例混入土壤中进行搅拌，再向搅拌后的土壤中加入CaCO3溶液，搅拌均匀至粘稠状，将速生木材埋入粘稠的土壤中；
步骤3：将步骤2中处理后的速生木材使用混合后的土壤包裹密实，然后放入恒温恒湿箱中2个月，温度为25℃，湿度为80％；
步骤4：将步骤3中包裹土壤的速生木材放入真空加压热处理罐中，加速木材改性，所述真空加压热处理罐的压力为1.2MPa，温度为220℃，时间为4h。
将实施例1-4中任一经过本发明中方法改性过的“阴沉化”改性材与无处理的速生木材空白试样进行密度、尺寸稳定性和耐腐性的对比。
参照GBT 1933-2009木材密度测定方法对制得的“阴沉化”处理材与空白试样进行密度对比，结果见表3：
表3密度对比表
编号 试样 密度(g/cm3)
1 空白样 0.391
3 “阴沉化”改性材 0.620
上表可以看出，“阴沉化”改性材较空白试样相比密度提升较大。
参照GBT 1934.1-2009和LY/T 2490-2015进行木材吸水率、吸湿膨胀率的测定，对制得的“阴沉化”处理材与空白试样进行尺寸稳定性对比，结果见表4：
表4尺寸稳定性对比表
“阴沉化”改性材较空白试样相比尺寸稳定性较好，吸水、吸湿膨胀程度较小。
参照GBT 13942.1-2009木材耐久性能，天然耐腐性实验室试验方法对制得的“阴沉化”改性材进行耐腐性试验，同时与ACQ木材防腐剂处理的木材进行对比，试验结果见表5和表6：
表5白腐试样平均失重率
编号 试样 平均失重率(％)
1 空白样 60.55
2 “阴沉化”改性材 5.31
3 ACQ防腐材 5.41
表6褐腐试样平均失重率
编号 试样 平均失重率(％)
1 空白样 56.21
2 “阴沉化”改性材 4.52
3 ACQ防腐材 4.55
其中，白腐菌菌种选择绵腐卧孔菌，褐腐菌菌种选择密粘褶菌，结果表明，无论对于褐腐菌还是白腐菌，采用“阴沉化”改性材进行室内耐腐性试验时耐腐性能均达到强耐腐等级，较传统ACQ化学防腐剂处理的防腐木相比效果相当，且该方法所得的改性材不存在防腐剂抗流失性较差等问题，作用持久。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种木材改性处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将速生木材进行超声清洗预处理20-40min；
步骤2：使用改性剂、CaCO3溶液和土壤对速生木材进行改性处理，所述速生木材与所述改性剂的体积比为1:3，所述改性剂包括纳米SiO2、桐油、松香和单宁，所述纳米SiO2、桐油、松香和单宁的体积比为1-3:1-3:1-2:1，所述速生木材与所述土壤的体积比为1:5，所述CaCO3溶液与所述土壤的体积比为0.03-0.08:1；其中，对速生木材进行改性的具体步骤为：
按比例分别称取纳米SiO2、桐油、松香和单宁，所述纳米SiO2为质量分数为3-10％的纳米SiO2溶液或纳米SiO2凝胶，松香配制成质量分数为20-30％的松香溶液，单宁配制成质量分数为20-30％的单宁溶液；将纳米SiO2、桐油、松香溶液和单宁溶液混合均匀，形成改性剂；
并称取一定量的CaCO3，配制成质量分数为20-30％的CaCO3溶液；将改性剂按比例混入土壤中进行搅拌，再向搅拌后的土壤中加入CaCO3溶液，搅拌均匀至粘稠状，形成含有改性剂、CaCO3的混合后的土壤，然后埋入速生木材；
步骤3：将速生木材使用上述步骤2混合后的土壤包裹密实，然后在恒温恒湿环境中放置1-3个月，温度为20-30℃，湿度为60-80％；
步骤4：将步骤3中包裹土壤的速生木材放入真空加压热处理罐中，加速木材改性，所述真空加压热处理罐的压力为0.8-1.2MPa，温度为160-220℃，真空加压热处理的时间为2-10h。
2.根据权利要求1所述的木材改性处理方法，其特征在于，所述桐油为纯桐油。
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