CN106584621A - 速生材的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种速生材的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：准备生材；浸渍；烘干；炭化热处理出窑备用。其有益效果是：本发明在最后一次烘干后进行炭化热处理，经过炭化热处理后的生材此时由于其吸水功能被重组，在外界湿度变化差异大的环境中，不易变形，不易开裂，稳定性更高。使得浸渍木材均匀度高、药液可重复使用回收利用率高。

Description

速生材的加工方法
技术领域
本发明涉及林木生产改良领域，特别涉及速生材的加工方法。
背景技术
随着经济社会的快速发展，国内外对天然林木材的需求量呈迅速增长趋势。近年来，随着世界各国环保意识的提高，对木材出口实行了紧缩政策，进一步限制了天然木材的出口，使木材需求的紧张局面进一步加剧。发展天然林木材的代用材，是缓解当前天然林木材供需紧张矛盾的重要途径，也是建设节约型社会的必然要求。速生丰产林是我国目前非常丰富的林木资源，我国从上世纪末开始先后推出了林业六大重点工程，其中有四项是速生丰产用材林建设工程，涉及全国18个省。但由于速生林木质疏松、易受潮变形、易腐烂等缺陷，只能用在附加值低、污染大、能耗高的造纸和普通木制品中，无法在高档家具和建筑装修用品中使用，极大地限制了其开发及应用领域。为了改善速生木材的性能，扩展速生木材的使用范围，出现了一些木材改性的方法。如碱液浸煮法、高压气蒸干燥法和高压蒸汽减压干燥法等木材处理方法，处理后的木材解决了溢脂变形问题，提高了强度和耐久性。而这些工艺生产存在木材处理不均匀、木材提升性能不仅不稳定、性能单一，而且木材处理过程药液用量大、木材使用寿命短且出材率不高。
发明内容
为了解决上述问题的一个或多个，本发明提供了一种能够增强速生材尺寸稳定性且出材率高的速生材的加工方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种速生材的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)准备生材：将原木割据好后备用；
2)浸渍：在搅拌器中加入水和速生材浸渍液，将混合液升温至40～60℃，搅拌至均匀，然后将步骤1)的木材置于浸注罐内进行真空处理，向罐内压注所述浸渍液，当压力达到1.5～3.5Mpa时停止压注，并保持压力2～4.5小时；然后放出浸渍液，静置10～30分钟，开启罐门取出木材；
3)烘干：对步骤2)浸渍过的木材表面进行冲洗，将木材再次放入烘干窑，烘干至含水率8～12％，出窑备用。
4)炭化热处理：将步骤3)中经过烘干所得的木材放在炭化设备里炭化处理24～47h，温度为160～230℃，然后取出木材。
其有益效果是：本发明对生材先进行浸渍，然后烘干后并经过炭化热处理，炭化处理后的生材此时由于其吸水功能被重组，在外界湿度变化差异大的环境中，不易变形，不易开裂，稳定性更高。本发明通过在木材内部注入调制后的速生材浸渍液的方法改变木材的物理、化学、生物性能，通过速生材浸渍液对木材浸渍处理后，木材在保留木材原有自然属性(隔热、绝缘、调温、调湿)的同时，还具有阻燃、防腐、抗菌、防白蚁、抗变形等优良性能。此外，还可以根据用户需要，任意增大木材密度、硬度等，最终产品游离甲醛含量达国标E0级要求。成为天然珍贵树种的理想替代品，完全可满足家具、实木地板等领域的使用要求；同时浸渍液在浸渍木材过程中可重复使用，大大降低了木材处理成本，使家具、地板等企业可以使用上高性价比原材料。
在一些实施方式中，浸渍液由包括如下质量分数的原料制成：甲醛970～1050份、尿素590～650份、羧甲基纤维素钠0.7～1份、氨水110～150份、三聚氰胺60～70份、聚乙烯醇2～5份、六次甲基四胺3～6份。其有益效果是：使用这种原料制成的浸渍液可以有效改变木材的物理、化学、生物性能，通过速生材浸渍液对木材浸渍处理后，木材在保留木材原有自然属性(隔热、绝缘、调温、调湿)的同时，还具有阻燃、防腐、抗菌、防白蚁、抗变形等优良性能。此外，还可以根据用户需要，任意增大木材密度、硬度等，最终产品游离甲醛含量达国标E0级要求。
在一些实施方式中，浸渍液还包括0.1～50份的二乙二醇。其有益效果是：
在一些实施方式中，浸渍液由以下方法制得：
一次投料：在反应釜中按所述份数的配比分别加入甲醛、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、氨水、三聚氰胺，先加入406.1～461.5份的尿素，搅匀后测PH值，加碱性物质调整PH值为7.5～9.0；
二次尿素：升温至85～96℃，保持10～30分钟，再加入53.1～71.5份的尿素，保持10～30分钟；
缩聚反应：冷却至80～86℃加酸性物质调pH值至5.8～6.9进行缩聚反应，待到水点出现雾状，测pH值，加碱性物质调整pH值至7.5～9.0；
三次尿素：待反应温度至80～85℃时最后加入剩余的尿素，保持10～30分钟；
冷却出料：继续冷却至50℃以下即可放料。
其有益效果是：使用这种方法制成的浸渍液可以有效改变木材的物理、化学、生物性能，通过速生材浸渍液对木材浸渍处理后，木材在保留木材原有自然属性(隔热、绝缘、调温、调湿)的同时，还具有阻燃、防腐、抗菌、防白蚁、抗变形等优良性能。此外，还可以根据用户需要，任意增大木材密度、硬度等，最终产品游离甲醛含量达国标E0级要求。
在一些实施方式中，在三次尿素步骤后，待冷却至55～60℃时加入二乙二醇，继续冷却至50℃以下即可放料。
在一些实施方式中，碱性物质为氢氧化钠，酸性物质为甲酸、草酸、氯化铵中的一种或多种。
在一些实施方式中，炭化处理步骤是：将步骤1)经过一次烘干所得的木材放在炭化设备里，迅速升温至60～70℃，保温1～3h，然后再以5～8℃/h的速度升温至110～140℃，保温1～3h，然后再以10～15℃/h的速度升温至160～230℃，并在该温度下保持24～47h。其有益效果是：采用阶梯式升温的方式对木材进行炭化处理，有效防止因急剧升温对木材所带来的皱缩缺陷而影响出材率，而且本发明的这种升温方式，对木材炭化处理具有较好的效果，木材会具有较好的力学性能。
在一些实施方式中，在浸渍处理之前进行一次烘干：将原木割据后的湿锯材放入烘干窑，烘干处理含水率至15～20％，出窑备用。其有益效果是：在浸渍之前进行一次烘干可以有效减少木材内部的残余应力，有利于整个加工方法中出材率的提高。
在一些实施方式中，炭化处理时间为24～47h。其有益效果是：这个处理时间可以获得性能较好的木材。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1(浸渍液制备方法1)
首先是准备生产原料：甲醛2910kg、尿素1770kg(分三次投料，每次投料量分别为：1221.3kg、194.7kg、354kg)、羧甲基纤维素钠2.1kg、氨水450kg、三聚氰胺180kg、聚乙烯醇6kg、六次甲基四胺9kg。
其次是具体制备方法：
1)在反应釜中按配比加入甲醛、先加入1221.3kg的尿素、聚乙烯醇、氨水、六次甲基四胺、三聚氰胺、羧甲基纤维素钠，加氢氧化钠调PH值至7.5；
2)升温至85℃，保持10分钟，再加入194.7kg的尿素，保持10分钟；
3)冷却至80℃加甲酸调PH值至5.8进行缩聚反应，待到水点出现雾状，加氢氧化钠调PH值至7.5；
4)冷却，80℃时最后加入剩余的354kg尿素，保持10分钟；
5)继续冷却，50℃时放料。
实施实例2(浸渍液制备方法2)：
首先是准备生产原料：甲醛3000kg、尿素1890kg(分三次投料，每次投料量分别为：1323kg、170.1kg、396.9kg)、羧甲基纤维素钠2.55kg、氨水360kg、三聚氰胺200kg、聚乙烯醇9kg、二乙二醇75kg、六次甲基四胺15kg。其次是具体制备方法：
1)在反应釜中按配比加入甲醛、先加入1323kg的尿素、聚乙烯醇、氨水、六次甲基四胺、300kg的水、三聚氰胺、羧甲基纤维素钠，加氢氧化钠调PH值至8.0；
2)升温至90℃，保持15分钟，再加入170.1kg的尿素，保持15分钟；
3)冷却至83℃加甲酸调PH值至6.2进行缩聚反应，待到水点出现雾状，加氢氧化钠调PH值至8.5；
4)冷却，83℃时最后加入剩余的396.9kg尿素，保持15分钟；
5)冷却，60℃时加入二乙二醇；
6)继续冷却至48℃时放料。
实施实例3(浸渍液制备方法3)：
首先是准备生产原料：甲醛3150kg、尿素1950kg(分三次投料，每次投料量分别为：1384.5kg、195kg、370.5kg)、羧甲基纤维素钠3kg、氨水3 30kg、三聚氰胺210kg、聚乙烯醇15kg、二乙二醇150kg、六次甲基四胺18kg。
其次是具体制备方法：
1)在反应釜中按配比加入甲醛、先加入1384.5kg的尿素、聚乙烯醇、氨水、六次甲基四胺、600kg的水、三聚氰胺、羧甲基纤维素钠，加氢氧化钠调PH值至9.0；
2)升温至96℃，保持20分钟，再加入195kg的尿素，保持20分钟；
3)冷却至86℃加甲酸调PH值至6.9进行缩聚反应，待到水点出现雾状，加氢氧化钠调PH值至9.5；
4)冷却，85℃时最后加入剩余的370.5kg尿素，保持20分钟；
5)冷却，57℃时加入二乙二醇；
6)继续冷却至45℃时放料。
实施实例4(浸渍液制备方法4)：
首先是准备生产原料：甲醛2910kg、尿素1800kg(分三次投料，每次投料量分别为：1242kg、198kg、360kg)、羧甲基纤维素钠2.1kg、氨水420kg、二乙二醇0.3kg、三聚氰胺180kg、聚乙烯醇6kg、六次甲基四胺9kg。
其次是具体制备方法：
1)在反应釜中按配比加入甲醛、先加入1242kg的尿素、聚乙烯醇、氨水、六次甲基四胺、三聚氰胺、羧甲基纤维素钠，加氢氧化钠调PH值至7.5；
2)升温至85℃，保持10分钟，再加入198kg的尿素，保持10分钟；
3)冷却至80℃加甲酸调PH值至5.8进行缩聚反应，待到水点出现雾状，加氢氧化钠调PH值至7.5；
4)冷却，80℃时最后加入剩余的360kg尿素，保持10分钟；
5)继续冷却，55℃时加入二乙二醇；
6)继续冷却，50℃时放料。
实施实例5(浸渍液制备方法5)：
首先是准备生产原料：甲醛3000kg、尿素1830kg(分三次投料，每次投料量分别为：1281kg、164.7kg、384.3kg)、羧甲基纤维素钠2.4kg、氨水390kg、三聚氰胺：200kg、聚乙烯醇9kg、二乙二醇1.5kg、六次甲基四胺12kg。
其次是具体制备方法：
1)在反应釜中按配比加入甲醛、先加入1281kg的尿素、聚乙烯醇、氨水、六次甲基四胺、50kg的水、三聚氰胺、羧甲基纤维素钠，加氢氧化钠调PH值至8.0；
2)升温至90℃，保持15分钟，再加入164.7kg的尿素，保持15分钟；
3)冷却至83℃加甲酸调PH值至6.2进行缩聚反应，待到水点出现雾状，加氢氧化钠调PH值至8.5；
4)冷却，83℃时最后加入剩余的384.3kg尿素，保持15分钟；
5)冷却，57℃时加入二乙二醇；
6)继续冷却至48℃时放料。
实施实例6(浸渍液制备方法6)：
首先是准备生产原料：甲醛3150kg、尿素1860kg(分三次投料，每次投料量分别为：1320.6kg、186kg、353.4kg)、羧甲基纤维素钠2.7kg、氨水360kg、聚乙烯醇12kg、二乙二醇3kg、六次甲基四胺15kg、三聚氰胺207kg。
其次是具体制备方法：
1)在反应釜中按配比加入甲醛、先加入1320.6kg的尿素、聚乙烯醇、氨水、六次甲基四胺、100kg的水、三聚氰胺、羧甲基纤维素钠，加氢氧化钠调PH值至9.0；
2)升温至96℃，保持20分钟，再加入186kg的尿素，保持20分钟；
3)冷却至86℃加甲酸调PH值至6.9进行缩聚反应，待到水点出现雾状，加氢氧化钠调PH值至9.5；
4)冷却，85℃时最后加入剩余的353.4kg尿素，保持20分钟；
5)冷却至55℃时加入二乙二醇；
6)继续冷却至45℃时放料。
在上述1～6实施实例速生材浸渍液及制备方法中，使用的工艺设备均为5000L容积的反应釜，在每一实施例的加料过程中，各物料的投放次序不分先后。
实施例7(木材处理方法1)：
1)生产原料：实施例6的速生材浸渍液：1786.0kg；水：3214.8kg；木材：约1立方米。
2)生产设备：压力浸注罐1300L容积。
3)药液调制：在搅拌器中加入水，升温至30℃；再加入速生材浸渍液，将混合液升温至40℃；将混合液搅拌至均匀；放料。
4)木材处理：
a.准备生材：将原木锯割后的湿锯材准备好；
b.药液调制见3)；
c.浸渍：首先进行真空处理：将湿锯材装上轨道小车，推入罐内，关闭并密封好罐门，关闭吸/进液阀，启动真空泵，直到真空度达到工艺要求-0.08Mpa，保持真空10分钟，期间真空度若有下降，应追开真空至-0.08Mpa；其次进行压力浸注：打开贮液池通往压力浸注罐管路上的阀门，药液在真空的作用下通过吸排管道进入压力浸注罐，当药液充满压力浸注罐时，即可关闭真空泵、吸排液管道上的阀门，打开加压管路通往压力浸注罐的阀门，启动加压泵，进行加压，待压力值稳定在1.5Mpa时，关闭加压泵和加压管路上的阀门，保持压力4.5小时；再次是木材出罐：经压力浸注后打开阀门排液阀门，启动管道泵，药液从压力浸注罐内抽入储液池。再稍等10分钟后，再次启动管道泵将木材上滴落至罐底的药液再次抽入储液池中，开罐门取出木材；
d.烘干：对表面进行简单冲洗后将木材再次放入烘干窑，烘干处理至含水率8～12％，出窑备用。
e.炭化热处理：将经过步骤d含水率为10％的木材放入炭化窑里，迅速升温至60℃，保温3h，然后再以5℃/h的速度升温至110℃，保温3h，然后再以10℃/h的速度升温至160℃，并在该温度下保持47h。
实施例8(浸渍木材方法2)：
1)生产原料：实施例6的速生材浸渍液：5000kg；水：10000kg；木材：约4.5立方米。
2)生产设备：压力浸注罐10000L容积。
3)药液调制：
在搅拌器加入水，升温至43℃；再加入速生材浸渍液，将混合液升温至50℃；将混合液搅拌至均匀；放料。
4)木材处理：
a.准备生材：将原木锯割后的湿锯材准备好；
b.药液调制见3)；
c.一次烘干：将原木锯割好后的湿锯材放入烘干窑，烘干处理含水率至15％，出窑；
c.浸渍：首先真空处理：将经一次烘干的木材装上轨道小车，推入罐内，关闭并密封好罐门，关闭吸/进液阀，启动真空泵，直到真空度达到工艺要求-0.09Mpa，保持真空15分钟，期间真空度若有下降，应追开真空至-0.09Mpa；其次压力浸注：打开贮液池通往压力浸注罐管路上的阀门，药液在真空的作用下通过吸排管道进入压力浸注罐，当药液充满压力浸注罐时，即可关闭真空泵、吸排液管道上的阀门，打开加压管路通往压力浸注罐的阀门，启动加压泵，进行加压，待压力值稳定在2.5Mpa时，关闭加压泵和加压管路上的阀门，保持压力3.5小时；再次是木材出罐：经压力浸注后打开阀门排液阀门，启动管道泵，药液从压力浸注罐内抽入储液池。再稍等15分钟后，再次启动管道泵将木材上滴落至罐底的药液再次抽入储液池中，开罐门取出木材；
d.二次烘干：对表面进行简单冲洗后将木材再次放入烘干窑，烘干处理至含水率8％，出窑备用。
e.炭化热处理：将经过步骤含水率为8％的木材放入炭化窑里，迅速升温至65℃，保温2.5h，然后再以7℃/h的速度升温至125℃，保温2.5h，然后再以13℃/h的速度升温至200℃，并在该温度下保持24～47h。
实施例9(木材处理方法3)：
1)工艺原料：实施例6的速生材浸渍液：8571.4kg；水：21293.5kg；木材：约9立方米。
2)工艺设备：压力浸注罐20000L容积。
3)药液调制：在搅拌器中加入水，升温至50℃；再加入速生材浸渍液，将混合液升温至60℃；将混合液搅拌至均匀；放料。
4)木材处理：
a.一次烘干：将原木锯割后的湿锯材放入烘干窑，烘干处理含水率至20％，出窑；
b.药液调制见3)；
c.浸渍处理：首先是真空处理：将经一次烘干的木材装上轨道小车，推入罐内，关闭并密封好罐门，关闭吸/进液阀，启动真空泵，直到真空度达到工艺要求-0.095Mpa，保持真空20分钟，期间真空度若有下降，应追开真空至-0.095Mpa；其次是压力浸注：打开贮液池通往压力浸注罐管路上的阀门，药液在真空的作用下通过吸排管道进入压力浸注罐，当药液充满压力浸注罐时，即可关闭真空泵、吸排液管道上的阀门，打开加压管路通往压力浸注罐的阀门，启动加压泵，进行加压，待压力值稳定在3.5Mpa时，关闭加压泵和加压管路上的阀门。保持压力2小时；然后是木材出罐：经压力浸注后打开阀门排液阀门，启动管道泵，药液从压力浸注罐内抽入储液池。再稍等20分钟后，再次启动管道泵将木材上滴落至罐底的药液再次抽入储液池中，开罐门取出木材；
d.二次烘干：对表面进行简单冲洗后将木材再次放入烘干窑，烘干处理至含水率12％，出窑备用。
e.炭化热处理：将步骤d含水率为12％的木材放入炭化窑里，迅速升温至70℃，保温1h，然后再以8℃/h的速度升温至140℃，保温1h，然后再以15℃/h的速度升温至230℃，并在该温度下保持24h。
在上述实施例7～9浸渍液的调制中，使用的工艺设备均为3000L容积的加热温控式搅拌器，使用的木材均为杨木。
经上述实施例7～9处理后的木材和未经炭化处理的浸渍木材性能提升情况以及原始杨木木材如下：
对比实施例1：与实施例8相比，少了炭化处理步骤。
对比实施例2：原始木材。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所有的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。

Claims (9)

1.速生材的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)准备生材：将原木割据好后备用；
2)浸渍：在搅拌器中加入水和速生材浸渍液，将混合液升温至40～60℃，搅拌至均匀，然后将步骤1)的木材置于浸注罐内进行真空处理，向罐内压注所述浸渍液，当压力达到1.5～3.5Mpa时停止压注，并保持压力2～4.5小时；然后放出浸渍液，静置10～30分钟，开启罐门取出木材；
3)烘干：对步骤2)浸渍过的木材表面进行冲洗，将木材再次放入烘干窑，烘干至含水率8～12％，出窑备用；
4)炭化热处理：将步骤3)中经过烘干所得的木材放在炭化设备里炭化处理24～47h，温度为160～230℃，然后取出木材。
2.根据权利要求1所述的速生材的加工方法，其特征在于，
所述浸渍液由包括如下质量分数的原料制成：甲醛970～1050份、尿素590～650份、羧甲基纤维素钠0.7～1份、氨水110～150份、三聚氰胺60～70份、聚乙烯醇2～5份、六次甲基四胺3～6份。
3.根据权利要求2所述的速生材的加工方法，其特征在于，所述浸渍液还包括0.1～50份的二乙二醇。
4.根据权利要求2所述的速生材的加工方法，其特征在于，所述浸渍液由以下方法制得：
一次投料：在反应釜中按所述份数的配比分别加入甲醛、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、氨水、三聚氰胺，先加入406.1～461.5份的尿素，搅匀后测PH值，加碱性物质调整PH值为7.5～9.0；
二次尿素：升温至85～96℃，保持10～30分钟，再加入53.1～71.5份的尿素，保持10～30分钟；
缩聚反应：冷却至80～86℃加酸性物质调pH值至5.8～6.9进行缩聚反应，待到水点出现雾状，测pH值，加碱性物质调整pH值至7.5～9.0；
三次尿素：待反应温度至80～85℃时最后加入剩余的尿素，保持10～30分钟；
冷却出料：继续冷却至50℃以下即可放料。
5.根据权利要求4所述的速生材的加工方法，其特征在于，在三次尿素步骤后，待冷却至55～60℃时加入二乙二醇，继续冷却至50℃以下即可放料。
6.根据权利要求4所述的速生材的加工方法，其特征在于，所述碱性物质为氢氧化钠，所述酸性物质为甲酸、草酸、氯化铵中的一种或多种。
7.根据权利要求1至6任一项所述的速生材的加工方法，其特征在于，
所述的炭化处理步骤是：将步骤1)经过一次烘干所得的木材放在炭化设备里，迅速升温至60～70℃，保温1～3h，然后再以5～8℃/h的速度升温至110～140℃，保温1～3h，然后再以10～15℃/h的速度升温至160～230℃，并在该温度下保持24～30h。
8.根据权利要求1所述的速生材的加工方法，其特征在于，在浸渍处理之前进行一次烘干：将原木割据后的湿锯材放入烘干窑，烘干处理含水率至15～20％，出窑备用。
9.根据权利要求8所述的速生材的加工方法，其特征在于，所述的炭化处理时间为24～47h。
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