CN106715064A

CN106715064A - 木材改性的方法

Info

Publication number: CN106715064A
Application number: CN201580029720.3A
Authority: CN
Inventors: 尼尔·特恩布尔; 特奥杜鲁斯·格拉德乌斯·马里纳斯·玛利亚·卡彭
Original assignee: Terry High Asia Technology Co Ltd
Current assignee: Terry High Asia Technology Co Ltd; Tricoya Technologies Ltd
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2035-05-12
Also published as: EP3142837B1; EP3142837A1; CN106715064B; BR112016026479B1; WO2015173226A1; CA2948717C; AU2015261009B2; PL3142837T3; AU2015261009A1; US10307932B2; AR100432A1; BR112016026479A2; US20170173819A1; CA2948717A1; CL2016002864A1; ES2713048T3

Abstract

公开了连续浸渍木材元件(如木片)的方法。所述方法包括以下后续步骤：使木材元件经受真空，与乙酰化流体接触，并且经受浸渍压力。优选地，所述方法在具有输送器(如传输螺杆)的设备中进行，所述输送器位于进行后续方法步骤的区之间适合的位置。该浸渍方法与木材元件的乙酰化结合使用，并且优选接着进行连续乙酰化方法，该乙酰化方法在进行浸渍的区下游的乙酰化反应区进行。

Description

木材改性的方法

发明领域

本发明涉及通过乙酰化的方式对木质材料(木质纤维素材料)进行化学改性。特别地，本发明属于木材元件乙酰化的领域，并且涉及用乙酰化流体对木材元件连续浸渍的方法。

发明背景

为生产具有长使用寿命的木质材料，已知可对木材进行化学改性，并且特别是对木材进行乙酰化。从而获得具有改善的材料性质，例如，尺寸稳定性、硬度、耐久性等的材料。

在本领域中，已知使用间歇式方法，即，停止/开始进行木材颗粒乙酰化的方法。然而，由于批次之间的性能有显著差异，并且没有两个批次可被认为是相同的，这类方法经常导致差的产品均匀性。

一些文献使得可以选择以连续方法进行木材乙酰化。因此，例如，EP 757570公开了木质纤维素材料(LM)乙酰化的方法，其包括在80℃至140℃温度下使LM与包含乙酸酐作为主要成分的乙酰化剂紧密接触的第一步，并且在高于140℃的温度下，于剥离器(stripper)中使来自第一步的经乙酰化的LM与在反应条件下呈惰性的加热的气体接触。在EP 650 998中描述了与之相当的方法。

某种程度上这些文献使得能够进行连续方法，其基础是螺塞(plug screw)进料器形式的浸渍与连续的进一步加工(例如，反应)串联。这是针对相对小尺寸的木材元件，例如，纤维、小颗粒等描述的。当用于较大尺寸的木材元件，例如片(chips)或束(strands)时，螺塞通常会导致其中木材尺寸变得更小(压碎的片、压碎的束、破碎的纤维、更小的颗粒等)的产品。特别地，如果使用片或束，在不破坏/压碎片或束的情况下，不能实现闭塞效应(plugging effect)以便分开具有不同压力和/或气氛的区。人们期望提供木材颗粒的连续乙酰化方法，并且特别是木片或木束的连续乙酰化方法，其中所述颗粒不会以使用螺塞进料器时的方式被损坏。

此外，在木材元件的乙酰化中，特别是木片的乙酰化中，提供适合的连续方法的技术挑战是，将连续方法的优点与乙酰化的足够高程度和均匀性的期望结果相结合。

在WO 2013/139937中解决了前述问题。其中公开的方法以可以连续进行随后的乙酰化的方式明智地结合了分批浸渍技术。因此，用乙酰化流体浸渍多批木材元件，其收集多批经浸渍的木材元件的方式使得向反应器提供经浸渍的木材元件的连续进料，其结果是乙酰化反应条件下经浸渍的木材元件的连续流，该方法的输出是经乙酰化的木材元件的连续流。

众所周知，获得木材元件的高乙酰化程度是困难的。在WO2013/139937中成功地解决了该问题。在不希望受理论束缚的情况下，本文发明人认为浸渍步骤在这方面是关键的。因此，浸渍优选以Bethel型木材浸渍法进行。在Bethel法中，将木材置于真空室中，并应用真空以便将空气从木材中抽出。然后在真空下将活性成分(在本发明中：乙酰化流体)加入该室。在用液体将所述室填充后，可以施加通常高达250磅/平方英寸(psi)，优选150psi至200psi的压力。去除压力以使木材再次经受大气压。这类方法是优选的，因为其通常应得到最大浸渍载量，其被认为与期望的最高乙酰基水平有直接关系。

在本领域中，Bethel型浸渍基本是间歇式方法。同时，WO2013/139937呈现了实现最佳的浸渍分批，并将其与连续乙酰化结合的精炼且适合的方式，人们期望提供Bethel型的连续浸渍的可能性。

本发明的目的在于提供用乙酰化流体浸渍木材元件的连续方法，从而确保伴随的品质一致(例如乙酰基水平，并且特别是剩余乙酸和剩余乙酸酐的水平)的优点，并且比现有的间歇式方法更有价值。特别地，本发明的目的还在于，提供能够实现所有木材元件具有相对高乙酰化程度的生产的连续浸渍和乙酰化方法。

发明概述

为更好地解决前述需求中的一项或多项，一方面，本发明提供了用乙酰化流体浸渍木材元件的方法，其包括以下步骤：

(a)向真空室提供木材元件；

(b)在所述真空室中使木材元件经受真空，以便提供经真空处理的木材元件；

(c)在真空下将经真空处理的木材元件传输至所述真空室下游的接触室；

(d)在所述接触室中使木材元件与乙酰化流体接触，以便提供包含木材元件和乙酰化流体的木材乙酰化浆液；

(e)从所述接触室排放该木材乙酰化浆液；

(f)使排放的木材乙酰化浆液经受压力；

(g)使该浆液经受固液分离，以便获得经浸渍的木材元件。

另一方面，本发明提供将木材元件乙酰化的方法，其包括上述步骤(a)至步骤(g)，以及

(h)使经浸渍的木材元件经受乙酰化反应条件，以便获得经乙酰化的木材元件。

另一方面，本发明涉及用乙酰化流体浸渍木材元件的连续方法，其包括以下步骤：

(a)向真空螺旋干燥器提供木材元件；

(b)在所述真空螺旋干燥器中使木材元件经受真空，以便提供经真空处理的木材元件；

(c)在真空下，优选经由旋转阀，将木材元件传输至与所述真空螺旋干燥器下游的接触室连接的流送管，所述接触室被提供有乙酰化流体的连续进料；

(e)从所述接触室排放该木材乙酰化浆液至与接触室下游的浸渍室的入口连接的流送管中，所述浸渍室具有至少一个通向减压区的出口，所述减压区具有低于浸渍室的压力；

(f)在所述流送管和所述浸渍室中使排放的木材乙酰化浆液经受压力，以便提供经浸渍的木材元件浆液；

(g)将经浸渍的木材元件浆液释放至所述减压区中，所述区包括排出流体的螺旋进料器以便使经浸渍的木材元件浆液经受固液分离，并且将经浸渍的木材元件传输至所述进料器的出口，在该出口处获得经浸渍的木材元件。

另一方面，本发明提供将木材元件乙酰化的设备，所述设备包括浸渍部和在浸渍部下游的乙酰化反应部，其中浸渍部包括具有真空接头的木材元件输送装置，所述输送装置具有通向接触室的出口，所述接触室具有乙酰化流体的入口和通向加压区的出口，所述加压区具有通向固液分离装置的出口，所述固液分离装置具有通向反应部的入口的固体出口。

附图简述

图1呈现了本发明设备的实施方案的示意图，示出了在其中进行的方法的实施方案。

发明详述

本发明呈现了木材乙酰化的重要成果，其中提供了允许以连续方式进行期望的最佳类型的浸渍(即，Bethel型浸渍)的浸渍方法。总体而言，本发明基于在物理上将用乙酰化流体填充经真空处理的木材的步骤与对得到的经填充的木材加压的步骤分离的明智认识。

在本发明的浸渍方法中，参考提供包含木材元件和乙酰化流体的木材乙酰化浆液来确保后一步骤。这种木材乙酰化浆液(即，实际上是木材乙酰化中间体)在真空的影响下产生。在经典的Bethel型浸渍方法中，增大压力以便完成浸渍的后续步骤仅作为在发生填充的同一容器中的又一步骤进行，并且没有特别地产生作为中间体的包含木材元件和乙酰化流体的木材乙酰化浆液。在本发明的浸渍方法中，在压力增大前从接触室排放所述木材乙酰化浆液。

前述内容用于允许填充和浸渍经真空处理的木材元件的步骤可以以连续方式进行。优选地，通过允许使木材元件经受真空的在前步骤也连续地进行，提供完全连续的浸渍方法。为此，优选地，真空室是具有真空接头的输送装置。由于物理地将使木材元件经受真空的步骤与用乙酰化流体填充经真空处理的木材元件的步骤分离的明智认识的功效，使本发明的特征变为可能。

因此，优选地，进行本发明的方法以将使木材元件经受真空的步骤与用乙酰化流体填充经真空处理的木材元件的步骤分离，并且将用乙酰化流体填充经真空处理的木材的步骤与对得到的经填充的木材加压的步骤分离。

在本发明的浸渍方法中，将木材元件提供至真空室(优选具有真空接头的输送装置)后，在所述室中进行相比本领域惯例数量更有限的不同操作，即，仅使含有木材元件的真空室经受真空，并进一步传输所述木材元件。

这种对在真空室中进行的步骤的限制，呈现出有利的方法设计的其他选择。特别地，木材元件可以进一步处理，即，用乙酰化流体填充而不妨碍真空室中继续的填充操作。即使不存在被用作真空室的输送器时，其仍然呈现出方法经济的优点。特别地，通过这种方式，随后的填充和加压步骤即使不一定是连续的，可以以较少中断的方式进行，因为填充和加压步骤不会占用真空室的时间和容积。

在将木材元件提供至真空室的位点处，优选提供加压密封装置，例如锁止室，其具有供应木材元件的入口，和与真空室的入口连接的出口。该锁止室优选为活动锁止室，且最优选为旋转阀。这有助于在真空室中保持真空。考虑到真空室的最佳连续操作，优选真空室是具有真空接头的输送装置，并且与该输送装置的入口连接的锁止室是旋转阀。

所述输送装置具有基本密闭的外壳，以便帮助保持其中的减压，所述输送装置包括使木材元件可以从该装置的入口传输至其出口的系统。该系统可以包括，例如，传送带。优选地，所述系统包括传输螺杆。特别适合的器具为真空螺旋干燥器，优选为夹套真空螺旋干燥器。可以使用单个螺旋输送器，也可以使用多个螺旋输送器。

根据本发明，真空处理步骤与填料步骤的分离，使得在具有连续供应的乙酰化流体的室中进行经真空处理的木材元件的填充成为可能。将经真空处理的木材元件从真空室传输至接触室，优选通过螺杆传输经过真空室。

优选地，这种传输运行经过真空室下游的锁止室。所述锁止室的入口直接或间接地与真空室的出口连接，并且所述锁止室的出口直接或间接地与接触室的入口连接。该锁止室用于使液体从接触室至真空室的抽吸减少，优选使所述抽吸最小化。在优选的实施方案中，锁止室具有活动锁，优选的这类锁止室为旋转阀。在更优选的实施方案中，接触室位于比真空室更低的水平面，在两者之间(或者，如果存在旋转阀，则在旋转阀与接触室之间)提供了足够长的连接，以便确保在所述连接中存在的液体(乙酰化流体)量至少与由真空室与接触室之间的压力差导致的吸力相匹配。因此，在上文描述的本发明方法一个令人感兴趣的实施方案中，真空室与接触室之间的液体柱阻止了从接触室至真空室的液体回流。如所示出的，接触室由此优选位于垂直方向低于真空室的水平面。

并且，本发明的方法避免了在用乙酰化流体填充经真空处理的木材元件的同一容器中，对经乙酰化流体填充的木材元件加压。为实现这一点，在从接触室排放木材乙酰化浆液之后，使其经受压力。接触室和加压装置的位置使得在接触室的出口上方可保持有足够高度的乙酰化流体，以确保在加压装置入口处的流体压力足以允许其传输所述浆液。在必要的液体水平面的上方具有蒸气顶空是有利的，木材元件由于重力而通过所述蒸气顶空落入流动的乙酰化流体。

优选地，以位于直接或间接地从接触室运行至下游处理部的流送管上游侧的加压泵的方式，来对木材乙酰化浆液施加压力。在木材乙酰化浆液于加压环境中滞留期间将完成浸渍。该环境可以仅为足够长的流送管。在这种情况下，下一个处理部可以是固液分离部。然而，优选允许优化木材乙酰化浆液在加压环境中的滞留时间，以便拥有足够长的压力下滞留时间，所述下游处理部为浸渍室。技术人员所清楚的设计选择是，使流送管的长度适合浸渍室的尺寸，反之亦然。例如，技术人员通过使用相对大的浸渍室，其之前连有相对短的流送管，或者通过使用相对长的流送管，其之后连有相对小的浸渍室，可以得到类似的滞留时间。然而，对流送管尺寸的设计需要确保使用足够的流动速度来防止木材元件在管路中的沉淀。本领域的技术人员会确保传输系统的设计避免了这类问题。

浸渍室是容器(vessel)，或是容纳木材元件并使其与乙酰化流体接触的其他适合的容器(container)。在本发明中，浸渍室可以与周围的气氛隔离，并且在增大的压力下操作。通常，浸渍室会是这样的容器：具有单独的入口和至少一个出口，适于用浆液(即，包含木材元件和乙酰化流体的浆液)填充容器，并且优选经由第一出口，从该容器排放木材浆液(经某一滞留时间后)，并且经由第二出口允许一部分传输步骤中所用的乙酰化流体再循环。通常，入口将会位于高于第一出口的水平面，优选位于或接近容器的顶部，而第一出口优选位于或接近容器的底部。第二出口会位于容器的顶部，高于所述入口。所述容器将会具有内部筛或分离元件以防止木材元件进入第二出口。使离开第二出口的乙酰化流体经受压力控制，并用于保持容器中的压力。结果是，木材元件将会容纳在容器中更浓的浆液中，并且会在与期望滞留时间一致的时间段流经容器。进入和离开容器的木材浆液浓度可以互不相同，以便允许传输管路和木材元件在其容器中滞留时间的最佳操作。

优选地，使木材乙酰化浆液经受压力，以便拥有在压力下至少3分钟、优选至少10分钟的滞留时间，以允许另外的膨胀发生。所述压力通常为至少2巴(bar)以及高达20巴，优选为高达15巴，更优选为高达10巴。优选的范围是4-6巴。

木材乙酰化浆液经由第一出口从其加压环境中受控释放时或受控释放后，使所述木材乙酰化浆液经受固液分离。由此，从木材元件去除剩余的游离乙酰化流体，以便允许获得经浸渍的木材元件。可以通过技术人员已知的各种方法来实现固液分离，例如通过过滤或筛滤。

有可能以分批方法从加压环境(例如从浸渍室)排放材料(经浸渍的木材元件和乙酰化流体)。条件是：浸渍室足够大，分批排放不一定危害在前的连续浸渍。然而，应优选确保所有的木材元件大部分具有在压力下的相同滞留时间，以便获得均匀程度的对木材元件的浸渍。为此，优选安排材料从浸渍室连续排放。所述连续排放可以方便地实现，例如，通过使用连续排放装置(如泵或其他旋转装置)，所述连续排放装置减小了浸渍容器与另一固液分离器(如转移输送器)之间的浆液压力。优选地，使用排出流体的传输进料器，其通常包括螺杆和排液装置，如冲孔筛或楔形丝筛。这种器具具有允许游离流体从经浸渍的木材元件排出的具孔筛，以及从浸渍室将以浆液形式传送的木材元件传输至下游进行处理的输送器(优选为螺杆)。可以使用单个螺旋进料器，也可以使用多个螺旋进料器。

在优选的实施方案中，以提供完全连续的Bethel型浸渍方法的方式，执行了上述填充步骤与加压步骤的明智分离。由于这类浸渍的本质，即同时包括真空步骤和加压步骤，这存在着特别的挑战，并且迄今为止在本领域前所未闻。

为此，以有利的方式结合了一组优选的技术措施。这得到了用乙酰化流体连续浸渍木材元件的方法，该方法包括以下步骤：

(a)向真空螺旋干燥器提供木材元件；

(c)在真空下，优选经由旋转阀，将木材元件传输至与在所述真空螺旋干燥器下游且位于比真空螺旋干燥器更低的水平面的接触室连接的流送管，所述接触室被提供有乙酰化流体的连续进料；

(e)从接触室排放木材乙酰化浆液至与接触室下游的浸渍室入口连接的加压流送管中，所述浸渍室具有至少一个通向减压区的出口，所述减压区具有低于浸渍室的压力；

(f)在所述流送管和所述浸渍室中，使排放的木材乙酰化浆液经受压力，以便提供经浸渍的木材元件浆液；

(g)将经浸渍的木材元件浆液释放至所述减压区中，所述区包括排出流体的螺旋进料器，以便使经浸渍的木材元件浆液经受固液分离，并且将经浸渍的木材元件传输至所述进料器的出口，在该出口处获得木材元件。

在本发明浸渍方法的任何前述实施方案中，所述木材乙酰化浆液最终将会在加压室中加压，以便完成浸渍。由此获得的经浸渍的木材元件可以从加压室回收，并在乙酰化反应区(通常是反应室或反应容器)经受乙酰化条件。

因此，本发明还涉及将木材元件乙酰化的方法，其包括上文描述的浸渍方法的步骤，然后进行(h)使经浸渍的木材元件经受乙酰化反应条件，以便获得经乙酰化的木材元件。

反应室为容器、反应器、或其他任何适于使经乙酰化流体浸渍的木材元件经受引起木材乙酰化的反应条件的装置。本发明中，反应室优选作为连续反应器操作，与间歇式乙酰化方法中使用的反应室相反。在一个感兴趣的实施方案中，反应室是通过应用不同温度的两个或更多个区操作的。这是优化乙酰化反应过程中对木材元件施加热的合适措施。优选地，应用二至五个区。技术人员将能够确定期望的加热方案，即，区的数目，在其中应用的温度，以及在这些区中每个区的有效滞留时间。应理解，精确的优化取决于以下情况：例如待乙酰化的木材的类型和形状，以及为乙酰化选择的具体器具。

适合的反应器包括，但不限于，木材乙酰化领域中已知的液相反应器或气相反应器。气相反应器是优选的。这类反应器允许在较高的温度，同时在相对低的压力下处理经浸渍的木材元件。结果是，气相型反应器的滞留时间通常可以比液体型反应器更长，这对乙酰化水平是有益的。另外，在气相反应器中木材元件不易清洗掉乙酸。在液相反应器的情况下(即，不从经浸渍的颗粒分离过量的液体)，清洗掉所述乙酸会导致周围乙酰化流体中的乙酸酐浓度降低。另外，树脂作为需要的木材成分，在气相型反应器中比在液体型反应器中更好地被保留。

为适于连续操作，反应室以使得经浸渍的木材元件的输入和经乙酰化的木材元件的输出变得连续的方式设计。这可以通过各种方式实现，通过重力控制，通过机械力控制，或通过这两者控制。优选地，木材元件的运载遵循活塞流(plug flow)原则，其意味着“先进先出”原则。

反应室可以包括垂直排列的活塞流反应器，由此木材元件通过乙酰化流体向下传送。简单重力流动的一个实例是，以入口位置高于出口的情形倾斜的反应室。其结果是，木材元件将通过重力从入口流向出口，同时经受乙酰化条件。机械力的一个实例是，包括用于将木材元件从入口传输至出口的螺旋输送器的反应室。在一个实施方案中，将通过由螺杆施加的机械力与在比出口更高的水平面上设有入口所提供的重力的结合来提供传输力。最优选地，使用具有基本上水平的螺杆的螺旋输送器，其结果是，传输完全由机械操作的螺杆控制，并且不受重力影响。可以使用单个螺旋输送器，也可以使用多个螺旋传输器。

在不希望受理论束缚的情况下，本发明人认为上述类型的本发明浸渍方法，即，在用乙酰化流体填充木材元件前经受真空，并且经受压力以便优化实际的浸渍，是获得高度乙酰化的关键。因此，本发明满足了木材元件乙酰化，特别是木片乙酰化中的技术挑战，即，将连续方法的优点与乙酰化足够高的程度和均匀性的期望结果相结合。

应注意，确定木材乙酰化程度时，本领域存在两种不同的方法。一种方法基于WPG(重量百分比增大)。WPG比较了乙酰化处理之前和之后的样品，而作为结果，任何增加的物质(以及任何仍存在于木材中的剩余物)会增大该值。WPG由下式解释：WPG＝(M_增大/M_{反应前样品})x100％。其中M代表质量，并且M_增大＝M_{反应后样品}–M_{反应前样品})。

另一种方法是实际测量乙酰基含量(AC)。乙酰基含量以如下形式给出：AC＝(M_乙酰基/M_{反应后样品})x 100％。通常，HPLC(高压液相色谱)可以用于定量来自木材的乙酰基皂化反应得到的乙酸根离子浓度。由此，乙酰化后的乙酰基总质量可以作为M_乙酰基。

WPG与AC的不同结果，可以参考以下理论实例来解释：例如，一个实例是，将1g的木材乙酰化，并且反应后具有1.25g的质量。因此M_乙酰基为0.25g。得到的WPG为：(1.25-1.00)/1.00*100％＝25％。以乙酰基含量计算，AC＝(1.25-1.00)/1.25*100％＝20％。

因此，应注意不要将以WPG表示的乙酰化程度与以AC表示的乙酰化程度直接比较。在本说明书中，选定AC值来确定乙酰化程度。

待通过本发明方法浸渍的木材元件可以是，例如，木片、木束、木材颗粒。本发明的方法和设备可以用于耐久和非耐久的硬木，以及耐久和非耐久的软木的浸渍和乙酰化。木材元件优选属于诸如软木的非耐久木材品种，例如，针叶树，通常是云杉(spruce)、松树(pine)或冷杉(fir)，或者属于非耐久的硬木。优选的木材种类是云杉(spruce)、西加云杉(sitka spruce)、海岸松(maritime pine)、欧洲赤松(scots pine)、辐射松(radiatapine)、黑松(lodgepole pine)、桉树(eucalyptus)、红桤木(red alder)、欧洲桤木(European alder)、山毛榉(beech)和桦树(birch)。

下表中给出了本发明定义的木材元件的典型尺寸。

表

在木片、木束或木材颗粒的情况下，最大程度地展现了本发明方法的益处。最优选地，木材元件是木片。

窄尺寸分布的木材元件是优选的，以便有助于均质流动。优选的尺寸分布的特征为，10-40mm的长度，8-32mm的宽度，以及2-16mm的厚度。

在浸渍前，优选地，提供水分含量以重量计低于15％的木材元件。这可以通过预干燥具有较高水分含量的木材元件来实现。可以通过任何木材工业中已知的方法，以连续方法或间歇式方法来完成所述预干燥。优选地，木材元件的水分含量低于8％，更优选为0.01％至5％，更优选为0.5％至4％。

在优选的实施方案中，向真空室提供预加热的木材元件，其温度通常为60℃至100℃，优选为70℃至90℃，更优选为75℃至85℃。在一个感兴趣的实施方案中，除去预加热(或除预加热之外还有)，木材元件在浸渍方法的过程中的其中一个或多个阶段中加热。

浸渍期间，所述元件与乙酰化流体接触，允许所述流体被木材元件充分吸收以用于随后的乙酰化。优选地，乙酰化流体包含乙酸酐和/或乙酸，并且优选地，包含乙酸酐与乙酸的混合物。在优选的实施方案中，乙酰化流体含有40-100wt.％的乙酸酐和0-60wt.％的乙酸。在该范围内，发现75-95wt.％的乙酸酐和5-25wt.％的乙酸的混合物是有益的。

浸渍期间优选的温度范围是20℃至180℃。元件与流体的比例优选为至少1比4。在含有过量酸酐的酸酐/酸混合物的情况下，优选的温度为60℃至110℃。

在反应室中，根据“先进先出”原则，经浸渍的木材元件在用于连续乙酰化的反应器中被乙酰化。可以控制木材元件在乙酰化反应器中的滞留时间，以达到期望的元件改性水平(例如乙酰化程度)。所需要的滞留时间还可以取决于乙酰化温度。乙酰化温度为100-200℃，并且优选为135-180℃。优选地，乙酰化步骤在1至300分钟内进行，更优选地在30-180分钟内进行。

在本方法中，优选乙酰化在高于乙酰化流体的大气压沸点的温度下进行。这些较高的温度显著地加快了乙酰化过程。因此，该连续方法中的乙酰化温度优选为135℃-180℃。

蒸发与反应的比例可以通过反应室的压力水平来调整。在某一反应温度下，更高的压力意味着在基本相同的反应速率下更低的蒸发速率。优选地，反应室内部的压力保持在-0.40表巴(barg)至3表巴，并且更优选地，保持在-0.2表巴至1表巴，并且更优选地，保持在-0.1表巴至0.5表巴。

在一个实施方案中，通过使用填充有经浸渍的并且与过量液体分离的木材元件的螺旋输送器，满足了“先进先出”原则。由于螺杆的平缓旋转(优选在水平位置)，防止了木材元件磨耗。这导致了该方法过程中良好的元件质量。在一个实施方案中，反应器含有两个平行的螺旋输送器，以增大反应器的有效体积。

可以通过加热的气体回路来控制乙酰化期间的温度，所述加热的气体回路含有用乙酸酐和/或乙酸或者过热的乙酸和/或乙酸酐至少部分饱和的气体。惰性气体意指其不参与乙酰化反应，并且优选为氮气、二氧化碳或烟气。在另一个实施方案中，螺旋输送器反应器包括螺旋轴和输送器壳，并且通过加热所述螺旋轴和/或输送器壳来控制乙酰化的温度。在该实施方案中，通过螺旋轴和/或输送器壳直接加热经浸渍的木材元件。这种加热可以通过蒸气、油进行，或通过电力进行。在另一个实施方案中，可以通过加热的气体回路、螺旋轴加热和输送器壳加热的结合来完成所述加热。

乙酰化后，可以干燥经乙酰化的木材元件，例如，以常规方式干燥，或者以WO2013/139937中描述的方式干燥。

本发明的经乙酰化的木材元件可用于精制并转化为板，例如中密度纤维板(MDF)、定向刨花板(OSB)或碎料板，相比来源于未乙酰化木材元件的板，这些板将具有优异的尺寸稳定性、耐久性、对紫外光的稳定性和导热性。

另一方面，本发明提供将木材元件乙酰化的设备，所述设备包括浸渍部和在浸渍部下游的乙酰化反应部，其中浸渍部包括具有真空接头的木材元件输送装置，所述输送装置具有通向接触室的出口，所述接触室具有乙酰化流体的入口和通向加压区的出口，所述加压区具有通向固液分离装置的出口，所述固液分离装置具有通向反应部入口的固体出口。

优选地，输送装置为真空螺旋干燥器。其可以是单一螺旋干燥器或多重螺旋干燥器。在另一个优选的实施方案中，所述设备包括在浸渍部上游的木材元件供应室。供应室可以是容器(vessel)，或是适于容纳一定量的木材元件(任选为热的木材元件)，并具有与真空室的入口流体连通的出口的其他容器(container)。优选地，考虑到待保留在真空室中的真空，所述出口与入口之间的连接包括锁止室。考虑到优选的木材元件从供应室至真空室的连续排放，所述锁止室优选为活动锁止室，更优选为旋转阀。

在本发明的设备中，优选真空室位于比接触室更高的水平面，流送管(优选为竖管)从真空室的出口运行至接触室的入口。更优选地，该流送管具有锁止室，最优选地，具有旋转阀。

接触室具有乙酰化流体的供应管。优选地，该供应管包括于再循环回路中，其中过量的乙酰化流体在浸渍区下游回收，并进料至所述再循环回路，其中通过明智地清除一部分混合物以及加入新鲜酸酐来调整组分，以得到期望的乙酰化混合物。

加压区包括流送管和浸渍室，所述区连接至加压泵，流送管(通常为加压管路)从接触室的出口运行至浸渍室的入口。加压泵优选为凸轮泵或其他固体输送泵。

浸渍室包括与上述加压流送管连接的入口，以及直接或间接地与固液分离器的入口连接的木材元件出口，所述分离器包括排液装置(例如具孔筛)，以及允许固体从所述入口传输至固体出口的传输螺杆(其可以是单一螺杆或多重螺杆)，其中固体出口直接或间接地与乙酰化反应部(特别是反应容器)的入口连接。应理解，所述反应部具有至少一个出口，以便允许收集经乙酰化的木材元件。

优选地，连接浸渍室的第一出口与固液分离器的入口的管路具有允许逆向运行的加压泵，以便在所述加压泵下游的区提供相比浸渍室中的压力更低的压力。优选地，在浸渍室中，一部分传输的乙酰化流体与木材元件分离，并经由第二出口传送至保压阀。当操作所述设备时，并且特别是当进行上文描述的本发明的浸渍方法或乙酰化方法时，浸渍室中的压力，和/或从接触室运行至浸渍室的加压流送管中的压力，为2-20巴，优选为高达15巴，更优选为高达10巴。在一个感兴趣的实施方案中，所述压力为4-6巴。通常，浸渍室下游降低的压力为1-8巴，更优选为1-5巴，且最优选为1-3巴。

总之，本发明包括连续浸渍木材元件(如木片)的方法。该方法包括：以分开的方法步骤，使木材元件经受真空，以用乙酰化流体填充并经受浸渍压力。优选地，所述方法在具有输送器(如传输螺杆)的设备中进行，所述输送器位于进行分开的方法步骤的区之间的合适位置。浸渍方法与木材元件的乙酰化结合使用，并且优选地，在之后进行连续乙酰化方法，该连续乙酰化方法在进行浸渍的区下游的乙酰化反应区进行。

图1说明了本发明的一个实施方案。其中参考标记不限定本发明，并具有以下含义：

1–木材元件

2–木材元件储料斗

3–锁止室(旋转锁止室)

4–真空螺旋干燥器

5–真空接头

6–锁止室(旋转锁止室)

7–接触室

8–浆液加压装置

9–浆液传输流送管

10–浸渍室

11–浆液减压装置

12–冲孔筛传输进料器

13–经浸渍的木材元件

14–保压阀

15–乙酰化流体储存器

16–乙酰化流体加热器

17–加热的乙酰化流体

18–新鲜酸酐

19–乙酰化流体清除

在附图的实施方案中，浸渍方法和乙酰化方法进行如下。将木材元件(1)提供至储料斗(2)，并经由锁止室，例如旋转阀(3)，提供至真空螺旋干燥器(4)。真空螺旋干燥器(4)具有真空接头(5)。

在真空螺旋干燥器(4)中被抽真空的木片经由锁止室，例如旋转阀(6)，传输至接触室(7)。接触室(7)具有加热的乙酰化流体(流17)的入口，并且具有通向浆液加压装置(8)的出口，在所述浆液加压装置(8)中使从接触室(7)排放的木材元件和乙酰化流体的浆液经受压力，并经由浆液流送管(9)传输至浸渍室(10)。

为适应其中离开浸渍室(10)流向锁止室(11)的流中的木材固体浓度高于浆液传输流送管(9)中的木材固体浓度，并且在浸渍室(10)中的滞留时间不变的操作，通过位于(10)与(15)之间的液体管路中的保压阀(14)充当控制期望的浸渍压力的装置，将过量的液体移除。

在浸渍后，经由锁止室，例如旋转阀(11)，从浸渍室(10)排放浆液至冲孔筛传输进料器(12)，其中将液体和固体分离。将所述液体(乙酰化流体)排出至乙酰化流体储存器(15)，通过加热器(16)，经由加热的乙酰化流体流送管(17)，将乙酰化流体从所述乙酰化流体储存器(15)传输至接触室。从所述冲孔筛传输进料器获得了流(13)，即经浸渍的木材元件。为控制用于该浸渍的乙酰化液体的正确组分，经由流送管(18)将新鲜酸酐加入该乙酰化流体储存器，并且可以通过乙酰化流体清除(19)来清除使用过的乙酰化液体。

总之，本发明涉及连续浸渍木材元件(如木片)的方法。该方法包括以下后续步骤：使木材元件经受真空，接触乙酰化流体，和经受浸渍压力。优选地，该方法在具有输送器(例如传输螺杆)的设备中进行，所述输送器位于进行该后续方法步骤的区之间适合的位置。浸渍方法与木材元件的乙酰化结合使用，并且优选地在之后进行连续乙酰化方法，该连续乙酰化方法在进行浸渍的区下游的乙酰化反应区进行。

可清楚地预见，当技术人员认为适合时可以将上文讨论的各种不同的实施方案和优选进行组合。

Claims

1.用乙酰化流体浸渍木材元件的方法，其包括以下步骤：

(a)向真空室提供木材元件；

(b)在所述真空室中使所述木材元件经受真空，以便提供经真空处理的木材元件；

(c)在真空下将所述经真空处理的木材元件传输至所述真空室下游的接触室；

(d)在所述接触室中使所述木材元件与乙酰化流体接触，以便提供包含木材元件和乙酰化流体的木材乙酰化浆液；

(e)从所述接触室排放所述木材乙酰化浆液；

(f)使所排放的木材乙酰化浆液经受压力；

(g)使所述浆液经受固液分离，以便获得经浸渍的木材元件。

2.根据权利要求1所述的方法，其中通过输送装置，优选通过螺杆将所述木材元件传输经过所述真空室。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中经由锁止室，优选经由旋转阀，将所述木材元件供应至所述真空室。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述真空室与所述接触室之间的液体柱阻止了从所述接触室至所述真空室的液体回流。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述接触室位于垂直方向低于所述真空室的水平面。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述木材乙酰化浆液经受的压力为2-10巴，优选为4-6巴。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使所述木材乙酰化浆液经受压力，以便拥有在压力下至少3分钟，优选至少10分钟的滞留时间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中优选通过使用排出流体的冲孔筛传输进料器或楔形丝筛传输进料器，从浸渍室连续地排放经浸渍的木材元件和乙酰化流体。

9.用乙酰化流体浸渍木材元件的连续方法，其包括以下步骤：

(a)向真空螺旋干燥器提供木材元件；

(b)在所述真空螺旋干燥器中使所述木材元件经受真空，以便提供经真空处理的木材元件；

(c)在真空下，优选经由旋转阀，将所述木材元件传输至与所述真空螺旋干燥器下游的接触室连接的流送管，所述接触室被提供有乙酰化流体的连续进料；

(d)在所述接触室中使所述木材元件接触乙酰化流体，以便提供包含木材元件和乙酰化流体的木材乙酰化浆液；

(e)从所述接触室排放所述木材乙酰化浆液至与所述接触室下游的浸渍室的入口连接的流送管中，所述浸渍室具有至少一个通向减压区的出口，所述减压区具有低于所述浸渍室的压力；

(f)在所述流送管和所述浸渍室中使所排放的木材乙酰化浆液经受压力，以便提供经浸渍的木材元件浆液；

(g)将所述经浸渍的木材元件浆液释放至所述减压区中，所述区包括排出流体的螺旋进料器，以便使所述经浸渍的木材元件浆液经受固液分离，以及将经浸渍的木材元件传输至所述进料器的出口，在所述出口处获得所述经浸渍的木材元件。

10.根据权利要求9所述的连续方法，其中所述浸渍根据权利要求1至8中任一项所限定的方法来进行。

11.将木材元件乙酰化的方法，其包括根据前述权利要求中任一项所述的方法用乙酰化流体浸渍木材元件，从而获得经浸渍的木材元件，以及

(h)使所述经浸渍的木材元件经受乙酰化反应条件，以便获得经乙酰化的木材元件。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在向所述接触室提供所述木材元件前，或在浸渍过程的任意时刻，对所述乙酰化流体和木材元件之一或两者施加热。

13.将木材元件乙酰化的设备，所述设备包括浸渍部和在所述浸渍部下游的乙酰化反应部，其中所述浸渍部为包括木材元件输送装置的真空室，所述木材元件输送装置被提供有真空接头，所述设备还包括接触室、加压区和固液分离装置，所述输送装置具有通向所述接触室的出口，所述接触室具有与乙酰化流体的供应管连接的入口和通向所述加压区的出口，所述加压区具有通向所述固液分离装置的出口，所述固液分离装置具有通向所述反应部的入口的固体出口。

14.根据权利要求13所述的设备，其中所述输送装置为真空螺旋干燥器。

15.根据权利要求13或14所述的设备，其包括在所述浸渍部上游的供应室，所述供应室具有与所述真空室的入口流体连通的出口，所述出口与入口之间的连接优选包括旋转阀。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的设备，其中所述真空室位于比所述接触室更高的水平面，流送管从所述真空室的出口运行至所述接触室的入口，所述流送管优选被提供有旋转阀。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的设备，其中所述乙酰化流体的供应管包括于直接或间接地与所述固液分离装置的液体出口连接的再循环回路中。

18.根据权利要求13至16中任一项所述的设备，其中所述加压区包括流送管和浸渍室，所述区连接加压泵，并且其中所述流送管从所述接触室的出口运行至所述浸渍室的入口。

19.根据权利要求13至18中任一项所述的设备，其中所述浸渍室包括第二流体出口，其适当筛滤以防止木材元件通过所述出口。

20.根据权利要求13至19中任一项所述的设备，其中所述固液分离装置包括排液装置和传输螺杆。