CN106426474A - 一种适用于桉树木材的改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及木材加工技术领域，特别涉及一种适用于桉树木材的改性方法，本发明的木材加工方法主要是利用硅酸钠、乙醇在聚乙二醇为催化剂的作用下进行水解、缩聚反应，聚集成纳米级的粒子并形成溶胶体系，同时，在木材进行处理液浸泡处理前先利用弱酸溶液对桉树木材进行处理，还用皂角素溶液对桉树木材进行浸泡处理，提高木材细胞壁的破壁能力和浸润能力在处理液处理后，通过熏蒸、微波干燥的处理方式进一步使凝胶分子能形成规则排布，达到对桉树木材进行改性，提高木材的稳定性的目的。

Description

一种适用于桉树木材的改性方法
【技术领域】
本发明涉及木材加工技术领域，特别涉及一种适用于桉树木材的改性方法。
【背景技术】
桉树原产于澳大利亚，自1770年被发现并命名至今全世界有940多种。我国从1890年开始引种桉树，至今已有126年的历史，种植量居世界第3位，仅次于巴西和印度。桉树俨然已成为我国三大造林树种之一。当前，桉树广泛分布于我国南方大部分地区，特别是广西，由于桉树是我国最重要的人工速生丰产林树种之一，在我国的“林纸一体化”工程中发挥着重要的作用。然而由于桉树快速生长的特性，导致其木材存在干燥过程中极易发生开裂、变形等缺陷，造成木材产品的尺寸稳定性差，不仅严重破坏了木材的力学强度，而且显著降低了木材的利用率。
【发明内容】
鉴于上述内容，有必要提供一种适用于桉树木材的改性方法，能提供一种不易开裂、变形、稳定性良好的桉树木材。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种适用于桉树木材的改性方法，所述方法包括如下步骤：
(1)在室温下将桉树气生材浸泡在氢离子浓度为0.1mol/L-0.5mol/L的弱酸溶液中，浸泡到含水率为80％-90％时得到浸泡木材；
(2)将步骤(1)的浸泡木材取出后放入皂角素溶液中进行浸泡，浸泡30-40min后，按照皂角素溶液与处理液的体积比为20-30:1的比例向皂角素溶液中添加处理液，得到混合液，调节混合液的pH值为2-4，当在混合液中的浸泡木材含水率达到110％-120％时取出木材，用塑料薄膜将木材密封裹紧，放在100℃-120℃的蒸汽中进行熏蒸，熏蒸时间为30min-40min；
(3)将步骤(2)熏蒸过后的木材放在常温下自然蒸发水分，每隔10h-12h揭开一次塑料薄膜，测试木材的含水率，当木材含水率为90％-100％时将木材进行微波处理，微波处理到木材含水率小于10％时完成微波处理；
(4)将步骤(3)微波处理后的木材放在漂白溶液中进行浸泡漂白，漂白温度为40℃-50℃，漂白时间为2h-3h，漂白后在常温下进行摊晾，摊晾时间为6h-8h，将摊晾后的木材在70℃-90℃下干燥3h-7h后冷却至室温，得到改性木材。
进一步的，所述弱酸溶液的酸为草酸、醋酸、柠檬酸、碳酸、次氯酸和磷酸中的至少一种。
进一步的，所述皂角素溶液的质量浓度为2％-5％。
进一步的，所述处理液由以下质量浓度的成分组成：1％-3％的硅酸钠、0.1％-0.5％乙二醇和1％-3％的乙醇。
进一步的，所述微波处理过程微波的功率为10kw-30kw。
进一步的，所述漂白溶液由以下质量浓度的成分组成：2％-5％的次氯酸钠、2％-5％的氢氧化钠、10％-15％的草酸和2％-5％的硫代硫酸钠。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明主要利用硅酸钠、乙醇在聚乙二醇为催化剂的作用下进行水解、缩聚反应，聚集成纳米级的粒子并形成溶胶体系，溶胶经陈化、缓慢聚合成H维网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂在木材细胞壁内形成珪凝胶提高木材的强度、稳定性、抗伸缩率，本发明在木材进行处理液浸泡处理前先利用弱酸溶液对桉树木材进行处理，充分软化桉树纤维，破坏木材细胞壁，同时，还用皂角素溶液对桉树木材进行浸泡处理，提高木材的浸润能力，提高木材的孔隙率，为处理液进入充分进入木材空隙中形成溶胶体系做准备，提高处理液的凝胶体系的填充作用。本发明在处理液浸泡后，还将木材进行熏蒸，进一步提高凝胶体系的填充作用，是凝胶体系在木材分子内形成规则排布，进一步提高木材的抗缩、抗变形能力，熏蒸后，本发明用微波对木材进行干燥处理，微波能够迅速使木材内部的水汽化,在木材内部产生较大的蒸汽压,冲破木材细胞壁薄弱组织,形成细微裂隙,疏通水汽传导的途径，进一步使得凝胶分子能形成规则排布，提高木材的稳定性。
【具体实施方式】
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1：
本实施例通过如下方法进行桉树木材的改进：
(1)在室温下将桉树气生材浸泡在氢离子浓度为0.1mol/L的弱酸溶液中(其中，弱酸溶液中的酸为草酸)，浸泡到含水率为80％时得到浸泡木材；
(2)将步骤(1)的浸泡木材取出后放入质量浓度为2％的皂角素溶液中进行浸泡，浸泡30min后，按照皂角素溶液与处理液的体积比为20:1的比例向皂角素溶液中添加由质量浓度为1％的硅酸钠、0.1％乙二醇和1％的乙醇组成的处理液得到混合液，调节混合液的pH值为2，当在混合液中的浸泡木材含水率达到110％时取出木材，用塑料薄膜将木材密封裹紧，放在100℃的蒸汽中进行熏蒸，熏蒸时间为30min；
(3)将步骤(2)熏蒸过后的木材放在常温下自然蒸发水分，每隔10h揭开一次塑料薄膜，测试木材的含水率，当木材含水率为90％时将木材进行微波处理，其中，微波的功率为10kw，当微波处理到木材含水率小于10％时完成微波处理；
(4)将步骤(3)微波处理后的木材放在由质量浓度为2％的次氯酸钠、2％的氢氧化钠、10％的草酸和2％的硫代硫酸钠组成的漂白溶液中进行浸泡漂白，漂白温度为40℃，漂白时间为2h，漂白后在常温下进行摊晾，摊晾时间为6h，将摊晾后的木材在70℃下干燥3h后冷却至室温，得到改性木材。
实施例2：
本实施例通过如下方法进行桉树木材的改进：
(1)在室温下将桉树气生材浸泡在氢离子浓度为0.5mol/L的弱酸溶液中(其中，弱酸溶液的酸为草酸和醋酸)，浸泡到含水率为90％时得到浸泡木材；
(2)将步骤(1)的浸泡木材取出后放入质量浓度为5％的皂角素溶液中进行浸泡，浸泡40min后，按照皂角素溶液与处理液的体积比为30:1的比例向皂角素溶液中添加由质量浓度为3％的硅酸钠、0.5％乙二醇和3％的乙醇组成的处理液得到混合液，调节混合液的pH值为4，当在混合液中的浸泡木材含水率达到120％时取出木材，用塑料薄膜将木材密封裹紧，放在120℃的蒸汽中进行熏蒸，熏蒸时间为40min；
(3)将步骤(2)熏蒸过后的木材放在常温下自然蒸发水分，每隔12h揭开一次塑料薄膜，测试木材的含水率，当木材含水率为100％时将木材进行微波处理，其中，微波的功率为30kw，当微波处理到木材含水率小于10％时完成微波处理；
(4)将步骤(3)微波处理后的木材放在由质量浓度为5％的次氯酸钠、5％的氢氧化钠、15％的草酸和5％的硫代硫酸钠组成的漂白溶液中进行浸泡漂白，漂白温度为50℃，漂白时间为3h，漂白后在常温下进行摊晾，摊晾时间为8h，将摊晾后的木材在90℃下干燥7h后冷却至室温，得到改性木材。
实施例3：
本实施例通过如下方法进行桉树木材的改进：
(1)在室温下将桉树气生材浸泡在氢离子浓度为0.4mol/L的弱酸溶液中(其中，弱酸溶液的酸为草酸、醋酸和柠檬酸)，浸泡到含水率为82％时得到浸泡木材；
(2)将步骤(1)的浸泡木材取出后放入质量浓度为3％的皂角素溶液中进行浸泡，浸泡35min后，按照皂角素溶液与处理液的体积比为22:1的比例向皂角素溶液中添加由质量浓度为2％的硅酸钠、0.3％乙二醇和2％的乙醇组成的处理液得到混合液，调节混合液的pH值为3，当在混合液中的浸泡木材含水率达到114％时取出木材，用塑料薄膜将木材密封裹紧，放在106℃的蒸汽中进行熏蒸，熏蒸时间为36min；
(3)将步骤(2)熏蒸过后的木材放在常温下自然蒸发水分，每隔11h揭开一次塑料薄膜，测试木材的含水率，当木材含水率为94％时将木材进行微波处理，其中，微波的功率为15kw，当微波处理到木材含水率小于10％时完成微波处理；
(4)将步骤(3)微波处理后的木材放在由质量浓度为4％的次氯酸钠、4％的氢氧化钠、13％的草酸和4％的硫代硫酸钠组成的漂白溶液中进行浸泡漂白，漂白温度为46℃，漂白时间为2.5h，漂白后在常温下进行摊晾，摊晾时间为7h，将摊晾后的木材在80℃下干燥5h后冷却至室温，得到改性木材。
实施例4：
本实施例通过如下方法进行桉树木材的改进：
(1)在室温下将桉树气生材浸泡在氢离子浓度为0.3mol/L的弱酸溶液中(其中，弱酸溶液的酸为草酸、醋酸、柠檬酸和碳酸)，浸泡到含水率为86％时得到浸泡木材；
(2)将步骤(1)的浸泡木材取出后放入质量浓度为3％的皂角素溶液中进行浸泡，浸泡36min后，按照皂角素溶液与处理液的体积比为27:1的比例向皂角素溶液中添加由质量浓度为2％的硅酸钠、0.4％乙二醇和2％的乙醇组成的处理液得到混合液，调节混合液的pH值为3，当在混合液中的浸泡木材含水率达到117％时取出木材，用塑料薄膜将木材密封裹紧，放在109℃的蒸汽中进行熏蒸，熏蒸时间为36min；
(3)将步骤(2)熏蒸过后的木材放在常温下自然蒸发水分，每隔11h揭开一次塑料薄膜，测试木材的含水率，当木材含水率为96％时将木材进行微波处理，其中，微波的功率为20kw，当微波处理到木材含水率小于10％时完成微波处理；
(4)将步骤(3)微波处理后的木材放在由质量浓度为3％的次氯酸钠、3％的氢氧化钠、12％的草酸和3％的硫代硫酸钠组成的漂白溶液中进行浸泡漂白，漂白温度为46℃，漂白时间为2.5h，漂白后在常温下进行摊晾，摊晾时间为7.5h，将摊晾后的木材在74℃下干燥6h后冷却至室温，得到改性木材。
实施例5：
本实施例通过如下方法进行桉树木材的改进：
(1)在室温下将桉树气生材浸泡在氢离子浓度为0.3mol/L的弱酸溶液中(其中，弱酸溶液的酸为草酸、醋酸、柠檬酸、碳酸和次氯酸)，浸泡到含水率为85％时得到浸泡木材；
(2)将步骤(1)的浸泡木材取出后放入质量浓度为4％的皂角素溶液中进行浸泡，浸泡36min后，按照皂角素溶液与处理液的体积比为27:1的比例向皂角素溶液中添加由质量浓度为2％的硅酸钠、0.4％乙二醇和3％的乙醇组成的处理液得到混合液，调节混合液的pH值为4，当在混合液中的浸泡木材含水率达到117％时取出木材，用塑料薄膜将木材密封裹紧，放在115℃的蒸汽中进行熏蒸，熏蒸时间为36min；
(3)将步骤(2)熏蒸过后的木材放在常温下自然蒸发水分，每隔11h揭开一次塑料薄膜，测试木材的含水率，当木材含水率为97％时将木材进行微波处理，其中，微波的功率为18kw，当微波处理到木材含水率小于10％时完成微波处理；
(4)将步骤(3)微波处理后的木材放在由质量浓度为4％的次氯酸钠、5％的氢氧化钠、10％的草酸和5％的硫代硫酸钠组成的漂白溶液中进行浸泡漂白，漂白温度为48℃，漂白时间为3h，漂白后在常温下进行摊晾，摊晾时间为8h，将摊晾后的木材在86℃下干燥5h后冷却至室温，得到改性木材。
实施例6：
本实施例通过如下方法进行桉树木材的改进：
(1)在室温下将桉树气生材浸泡在氢离子浓度为0.5mol/L的弱酸溶液中(其中，弱酸溶液的酸为草酸、醋酸、柠檬酸、碳酸、次氯酸和磷酸)，浸泡到含水率为83％时得到浸泡木材；
(2)将步骤(1)的浸泡木材取出后放入质量浓度为4％的皂角素溶液中进行浸泡，浸泡30min后，按照皂角素溶液与处理液的体积比为26:1的比例向皂角素溶液中添加由质量浓度为1％的硅酸钠、0.5％乙二醇和2％的乙醇组成的处理液得到混合液，调节混合液的pH值为3，当在混合液中的浸泡木材含水率达到117％时取出木材，用塑料薄膜将木材密封裹紧，放在106℃的蒸汽中进行熏蒸，熏蒸时间为37min；
(3)将步骤(2)熏蒸过后的木材放在常温下自然蒸发水分，每隔12h揭开一次塑料薄膜，测试木材的含水率，当木材含水率为92％时将木材进行微波处理，其中，微波的功率为26kw，当微波处理到木材含水率小于10％时完成微波处理；
(4)将步骤(3)微波处理后的木材放在由质量浓度为4％的次氯酸钠、4％的氢氧化钠、15％的草酸和5％的硫代硫酸钠组成的漂白溶液中进行浸泡漂白，漂白温度为46℃，漂白时间为2.5h，漂白后在常温下进行摊晾，摊晾时间为6.5h，将摊晾后的木材在81℃下干燥5h后冷却至室温，得到改性木材。
对照组1：
除不用皂角素溶液进行浸泡处理外，其它步骤均按照实施例1进行。
对照组2：
除不用弱酸溶液进行预处理外，其它步骤均按照实施例1进行。
对照组3：
除不用微波进行微波处理外，其它步骤均按照实施例1进行。
对照组4：
将桉树气生材直接进行漂白、干燥处理，干燥温度为70℃，干燥时间为3h。
对照组5：
未经过任何处理的桉树气生材。
验证实验1：
(1)将实施例1-6和对照组1-4的木材分别加工成20mm(L)×20mm(T)×20mm(R)的试件与对照组5加工成的20mm(L)×20mm(T)×20mm(R)试件分别进行称重、测量弦向、径向测量并计算增重率(WPG)和抗缩率(ASE)等指标；
(2)测量实施例1-6和对照组1-5的试块的拱高、内曲面长等参数，计算翘曲度(WP)和扭曲度(TW)等指标；
(3)根据《100℃干燥试验中干燥缺陷及干燥速度分级标准》中对内裂的规定，观察实施例1-6和对照组1-4内裂的情况，具体分析情况见表1：
①其中，增重率(WPG)的计算公式为：
式中：G1为对照组5的绝干质量，g；
G2为实施例1-6和对照组1-4的绝干质量，g。
②抗缩率(ASE)的计算公式为：
式中：S1为对照组5的干缩率，％；
S2为实施例1-6和对照组1-4的干缩率，％。
③翘曲度(WP)的计算公式为：
式中：h为对最大弯曲拱高，cm；
L为内曲面水平长(宽)度，cm。
④扭曲度(TW)的计算公式为：
式中：h为对最大偏离高度，cm；
L为检尺长，cm。
表1木材试块检测情况表
由上表数据可知，实施例1-6的增重率明显高于对照组1-4，其中对照组4与对照组5的重量没有区别，说明，使用本发明的处理剂可以使处理剂在木材内产生凝胶，大大增加木材的重量；实施例1-6的抗缩率比对照组1-4大，表明使用本发明的处理方法处理桉树木材之后干缩率小，尺寸比对照组1-4稳定，同时，实施例1-6比对照组1-5的翘曲度和扭曲度小，说明使用本发明的方法处理桉树木材，木材不易变形，实施例1-6没有出现裂纹现象，而对照组1-5或多或少出现裂纹现象，说明，使用本发明的方法处理桉树木材，木材不易开裂。
综上所述，使用本发明的处理方法处理桉树木材，对木材有明显的改善作用，能使桉树木材达到不易开裂、变形、尺寸稳定性良好，强度高的技术效果，能大大增加木材的力学强度，提高木材的利用率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种适用于桉树木材的改性方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)在室温下将桉树气生材浸泡在氢离子浓度为0.1mol/L-0.5mol/L的弱酸溶液中，浸泡到含水率为80％-90％时得到浸泡木材；
(2)将步骤(1)的浸泡木材取出后放入皂角素溶液中进行浸泡，浸泡30-40min后，按照皂角素溶液与处理液的体积比为20-30:1的比例向皂角素溶液中添加处理液，得到混合液，调节混合液的pH值为2-4，当在混合液中的浸泡木材含水率达到110％-120％时取出木材，用塑料薄膜将木材密封裹紧，放在100℃-120℃的蒸汽中进行熏蒸，熏蒸时间为30min-40min；
(3)将步骤(2)熏蒸过后的木材放在常温下自然蒸发水分，每隔10h-12h揭开一次塑料薄膜，测试木材的含水率，当木材含水率为90％-100％时将木材进行微波处理，微波处理到木材含水率小于10％时完成微波处理；
(4)将步骤(3)微波处理后的木材放在漂白溶液中进行浸泡漂白，漂白温度为40℃-50℃，漂白时间为2h-3h，漂白后在常温下进行摊晾，摊晾时间为6h-8h，将摊晾后的木材在70℃-90℃下干燥3h-7h后冷却至室温，得到改性木材。
2.根据权利要求1所述的一种适用于桉树木材的改性方法，其特征在于，所述步骤(1)弱酸溶液的酸为草酸、醋酸、柠檬酸、碳酸、次氯酸和磷酸中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种适用于桉树木材的改性方法，其特征在于，所述步骤(2)皂角素溶液的质量浓度为2％-5％。
4.根据权利要求1所述的一种适用于桉树木材的改性方法，其特征在于，所述步骤(2)处理液由以下质量浓度的成分组成：1％-3％的硅酸钠、0.1％-0.5％的乙二醇和1％-3％的乙醇。
5.根据权利要求1所述的一种适用于桉树木材的改性方法，其特征在于，所述步骤(3)微波处理过程微波的功率为10kw-30kw。
6.根据权利要求1所述的一种适用于桉树木材的改性方法，其特征在于，所述步骤(4)漂白溶液由以下质量浓度的成分组成：2％-5％的次氯酸钠、2％-5％的氢氧化钠、10％-15％的草酸和2％-5％的硫代硫酸钠。
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