CN107415007A - 一种功能性木材处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功能性木材处理方法,将木材浸泡在80℃的热水中,自然冷却至室温,放入冷藏室中,在‑4℃条件下进行冷藏12小时,将冷冻的木材放置在室温下自然解冻,配置处理溶液,将解冻的木材放入到密闭的浸泡罐中,浸泡罐中充满处理溶液,升温,浸泡10~20小时;静置冷却至室温,排出处理溶液,清理木材表面的处理溶液,烘干。通过对木材先通过热水浸泡疏通木材间的间隙,之后在冷却并且冷藏,除了疏通木材间的间隙外,还能够起到定型作用,使得后期处理剂能够更加流畅地进入到木材内部。经过热冷处理的木材会导致强度下降,通过处理剂溶液的渗入、加热、聚合,与木材间的分子进一步结合,使得木材的力学强度得到提高,甚至超过原有的强度。

Description

一种功能性木材处理方法
技术领域
本发明涉及木材加工领域,更具体的说是涉及一种功能性木材处理方法。
背景技术
木材是能够次级生长的植物,如乔木和灌木,所形成的木质化组织。这些 植物在初生生长结束后,根茎中的维管形成层开始活动,向外发展出韧皮,向 内发展出木材。木材是维管形成层向内的发展出植物组织的统称,包括木质部 和薄壁射线。木材对于人类生活起着很大的支持作用。根据木材不同的性质特 征,人们将它们用于不同途径。
现有技术中,木材本身的性能有限,往往会通过二氧化硅溶胶渗入到木材 内部进行改性,以提高木材的力学性能,但是在此过程中,二氧化硅难以完全 渗入到木材内部中,从而提高木材的力学性能的能力有限。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种二氧化硅高效渗入 的功能性木材处理方法。
为实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:
一种功能性木材处理方法,包括下述步骤:
步骤一:将木材浸泡在80℃的热水中,浸泡12小时;
步骤二:自然冷却至室温,放入冷藏室中,在-4℃条件下进行冷藏12小时;
步骤三:将冷冻的木材放置在室温下自然解冻;
步骤四:配置处理溶液,将处理剂溶于水溶液中,处理剂和溶剂水的质量比为 1:4,所述处理剂包括下述重量份组成:
纳米二氧化硅溶胶:100份
甘油酯:10份
盐酸异丁脒:3份
N,N-三甲硅基二乙胺:3份
3-氰基丙基二甲基甲氧基硅烷:2份
二(对硝基苯)碳酸酯:2份
2,2-二甲基-1,3-丙二醇单(羟基新戊酸酯):2份;
步骤五:将解冻的木材放入到密闭的浸泡罐中,浸泡罐中充满处理溶液,升温 至60~80℃,浸泡时间为10~20小时;
步骤六:静置冷却至室温,排出处理溶液,清理木材表面的处理溶液,烘干。
作为本发明的进一步改进:
所述甘油酯为甘油单亚油酸酯、甘油1-肉豆蔻酸酯中至少一种。
作为本发明的进一步改进:
所述步骤五中,先将木材放置入浸泡罐中,将浸泡罐抽真空,对木材进行预处 理,预处理过程中,真空度为-0.1MPa,在真空条件下静置60分钟,之后再加 入处理溶液浸泡。
作为本发明的进一步改进:
所述步骤五中,在处理溶液浸泡过程中加压浸泡,压力为1MPa。
作为本发明的进一步改进:
所述处理溶液的制备方法为:
将纳米二氧化硅溶胶、与溶胶等重的水混合加入到搅拌机中,搅拌速度为6000 转每分钟,再加入其余成分物质,升温至80℃,搅拌30分钟,之后自然冷却, 降低搅拌速度至100转每分钟,搅拌2小时得到处理溶液。
作为本发明的进一步改进:
所述步骤六中烘干温度为90~120℃,烘干时间为12小时。
作为本发明的进一步改进:
所述步骤二中,在冷藏前,在浸泡的热水中溶解有保护剂,所述保护剂为乙烯 乙二醇、海藻糖、甘露醇、葡聚糖、磷酸-三乙胺的混合溶液。
作为本发明的进一步改进:
所述保护剂中的乙烯乙二醇、海藻糖、甘露醇、葡聚糖、磷酸-三乙胺的质量比 为5:2:2:2:1。
作为本发明的进一步改进:
所述步骤二中在冷藏前,加入保护剂的热水中的浸泡时间为30分钟。
作为本发明的进一步改进:
所述保护剂与热水的质量比为1:50。
本发明的有益效果:通过本发明的技术方案,通过对木材先通过热水浸泡疏通 木材间的间隙,之后在冷却并且冷藏,冷藏过程中水会变成冰,冰的密度比水 小,除了疏通木材间的间隙外,还能够起到定型作用,使得后期处理剂能够更 加流畅地进入到木材内部。经过热冷处理的木材会导致强度下降,之后将其浸 泡在处理剂溶液中,通过处理剂溶液的渗入、加热、聚合,与木材间的分子进 一步结合,使得木材的力学强度得到提高,甚至超过原有的强度。而在处理剂 的选择上选用纳米二氧化硅溶胶、甘油酯、盐酸异丁脒、N,N-三甲硅基二乙胺、 3-氰基丙基二甲基甲氧基硅烷、二(对硝基苯)碳酸酯、2,2-二甲基-1,3-丙二醇 单(羟基新戊酸酯)的混合物,纳米二氧化硅溶胶主要起到填充补强作用,而甘 油酯能够起到对于木材纤维的保护效果,3-氰基丙基二甲基甲氧基硅烷、二(对 硝基苯)碳酸酯、2,2-二甲基-1,3-丙二醇单(羟基新戊酸酯)则能够与木材纤维 发生偶联,形成三维网状结构,提高木材的强度,同时盐酸异丁脒、N,N-三甲 硅基二乙胺的加入,进一步改变了偶联后分子的结构,保证了在长时间受力后, 木材仍然具有较好的力学强度。而在冷藏前可以加入少量的保护剂,能够对于 木材纤维结构在经过热处理后的冷处理过程中,保护了木材纤维的结构,使得 木材的力学强度能够进一步得到提高。
在复合疏松剂的选择上,优先选用碳酸氢钠、酒石酸氢钾、磷酸钙、硫酸铝钾、 淀粉的复配方式,使得复合疏松剂水溶液,能够深入到木材内部,从而使得气 泡可以在木材内部生产,同时,可以很好控制产气量,不会因为产气量过大造 成木材内部结构的损坏。
具体实施方式
下面将结合所给出的实施例对本发明做进一步的详述。
实施例一:
一种功能性木材处理方法,包括下述步骤:
步骤一:将木材浸泡在80℃的热水中,浸泡12小时;
步骤二:自然冷却至室温,放入冷藏室中,在-4℃条件下进行冷藏12小时;
步骤三:将冷冻的木材放置在室温下自然解冻;
步骤四:配置处理溶液,将处理剂溶于水溶液中,处理剂和溶剂水的质量比为 1:4,所述处理剂包括下述重量份组成:
纳米二氧化硅溶胶:100份
甘油酯:10份
盐酸异丁脒:3份
N,N-三甲硅基二乙胺:3份
3-氰基丙基二甲基甲氧基硅烷:2份
二(对硝基苯)碳酸酯:2份
2,2-二甲基-1,3-丙二醇单(羟基新戊酸酯):2份;
步骤五:将解冻的木材放入到密闭的浸泡罐中,浸泡罐中充满处理溶液,升温 至60~80℃,浸泡时间为10~20小时;
步骤六:静置冷却至室温,排出处理溶液,清理木材表面的处理溶液,烘干。 所述甘油酯为甘油1-肉豆蔻酸酯。
所述步骤五中,先将木材放置入浸泡罐中,将浸泡罐抽真空,对木材进行预处 理,预处理过程中,真空度为-0.1MPa,在真空条件下静置60分钟,之后再加 入处理溶液浸泡。
所述步骤五中,在处理溶液浸泡过程中加压浸泡,压力为1MPa。
所述处理溶液的制备方法为:
将纳米二氧化硅溶胶、与溶胶等重的水混合加入到搅拌机中,搅拌速度为6000 转每分钟,再加入其余成分物质,升温至80℃,搅拌30分钟,之后自然冷却, 降低搅拌速度至100转每分钟,搅拌2小时得到处理溶液。
所述步骤六中烘干温度为90~120℃,烘干时间为12小时。
所述步骤二中,在冷藏前,在浸泡的热水中溶解有保护剂,所述保护剂为乙烯 乙二醇、海藻糖、甘露醇、葡聚糖、磷酸-三乙胺的混合溶液。
所述保护剂中的乙烯乙二醇、海藻糖、甘露醇、葡聚糖、磷酸-三乙胺的质量比 为5:2:2:2:1。
所述步骤二中在冷藏前,加入保护剂的热水中的浸泡时间为30分钟。
所述保护剂与热水的质量比为1:50。
实施例二:
步骤一:将木材浸泡在80℃的热水中,浸泡12小时;
步骤二:自然冷却至室温,放入冷藏室中,在-4℃条件下进行冷藏12小时;
步骤三:将冷冻的木材放置在室温下自然解冻;
步骤四:配置处理溶液,将处理剂溶于水溶液中,处理剂和溶剂水的质量比为 1:4,所述处理剂包括下述重量份组成:
纳米二氧化硅溶胶:100份
甘油酯:10份
盐酸异丁脒:3份
N,N-三甲硅基二乙胺:3份
3-氰基丙基二甲基甲氧基硅烷:2份
二(对硝基苯)碳酸酯:2份
2,2-二甲基-1,3-丙二醇单(羟基新戊酸酯):2份;
步骤五:将解冻的木材放入到密闭的浸泡罐中,浸泡罐中充满处理溶液,升温 至60~80℃,浸泡时间为10~20小时;
步骤六:静置冷却至室温,排出处理溶液,清理木材表面的处理溶液,烘干。
所述甘油酯为甘油单亚油酸酯。
所述步骤五中,先将木材放置入浸泡罐中,将浸泡罐抽真空,对木材进行预处 理,预处理过程中,真空度为-0.1MPa,在真空条件下静置60分钟,之后再加 入处理溶液浸泡。
所述步骤五中,在处理溶液浸泡过程中加压浸泡,压力为1MPa。
所述处理溶液的制备方法为:
将纳米二氧化硅溶胶、与溶胶等重的水混合加入到搅拌机中,搅拌速度为6000 转每分钟,再加入其余成分物质,升温至80℃,搅拌30分钟,之后自然冷却, 降低搅拌速度至100转每分钟,搅拌2小时得到处理溶液。
所述步骤六中烘干温度为90~120℃,烘干时间为12小时。
对比例一:
直接采用原木。
对比例二:
步骤一:将木材浸泡在常温水中,浸泡12小时;
步骤二:配置处理溶液,将处理剂溶于水溶液中,处理剂和溶剂水的质量比为 1:4,所述处理剂为纳米二氧化硅溶胶;
步骤三:将木材放入到密闭的浸泡罐中,浸泡罐中充满处理溶液,升温至 60~80℃,浸泡时间为10~20小时;
步骤四:静置冷却至室温,排出处理溶液,清理木材表面的处理溶液,烘干。 所述甘油酯为甘油单亚油酸酯。
所述步骤三中,先将木材放置入浸泡罐中,将浸泡罐抽真空,对木材进行预处 理,预处理过程中,真空度为-0.1MPa,在真空条件下静置60分钟,之后再加 入处理溶液浸泡。
所述步骤三中,在处理溶液浸泡过程中加压浸泡,压力为1MPa。
所述步骤四中烘干温度为90~120℃,烘干时间为12小时。
对比例三:
步骤一:将木材浸泡在常温的水中,浸泡12小时;
步骤二:配置处理溶液,将处理剂溶于水溶液中,处理剂和溶剂水的质量比为 1:4,所述处理剂包括下述重量份组成:
纳米二氧化硅溶胶:100份
甘油酯:10份
N,N-三甲硅基二乙胺:3份
3-氰基丙基二甲基甲氧基硅烷:2份
步骤三:将木材放入到密闭的浸泡罐中,浸泡罐中充满处理溶液,升温至60~80℃,浸泡时间为10~20小时;
步骤四:静置冷却至室温,排出处理溶液,清理木材表面的处理溶液,烘干。
所述甘油1-肉豆蔻酸酯。
所述步骤三中,先将木材放置入浸泡罐中,将浸泡罐抽真空,对木材进行预处 理,预处理过程中,真空度为-0.1MPa,在真空条件下静置60分钟,之后再加 入处理溶液浸泡。
所述步骤三中,在处理溶液浸泡过程中加压浸泡,压力为1MPa。
所述处理溶液的制备方法为:
将纳米二氧化硅溶胶、与溶胶等重的水混合加入到搅拌机中,搅拌速度为6000 转每分钟,再加入其余成分物质,升温至80℃,搅拌30分钟,之后自然冷却, 降低搅拌速度至100转每分钟,搅拌2小时得到处理溶液。
所述步骤四中烘干温度为90~120℃,烘干时间为12小时。
实施例和对比例中,均采用橡木,锯成界面为0.5M*0.5M,长度为1M的木条, 通过上述方法进行注入500g的含处理剂的处理剂溶液中,检测增重情况:
实施例一 实施例二 对比例二 对比例三
增重(g) 282 261 102 110
上述实施例和对比例均采用橡木,在长期受力情况下的拉伸强度和压缩强度, 并计算其强度损失情况。
实施例一在正常情况下测试:
实施例二在正常情况下测试:
对比例一在正常情况下测试:
对比例二在正常情况下测试:
对比例三在正常情况下测试:
通过本发明的技术方案,通过对木材先通过热水浸泡疏通木材间的间隙,之后 在冷却并且冷藏,冷藏过程中水会变成冰,冰的密度比水小,除了疏通木材间 的间隙外,还能够起到定型作用,使得后期处理剂能够更加流畅地进入到木材 内部。经过热冷处理的木材会导致强度下降,之后将其浸泡在处理剂溶液中, 通过处理剂溶液的渗入、加热、聚合,与木材间的分子进一步结合,使得木材 的力学强度得到提高,甚至超过原有的强度。而在处理剂的选择上选用纳米二 氧化硅溶胶、甘油酯、盐酸异丁脒、N,N-三甲硅基二乙胺、 3-氰基丙基二甲基甲氧基硅烷、二(对硝基苯)碳酸酯、2,2-二甲基-1,3-丙二醇 单(羟基新戊酸酯)的混合物,纳米二氧化硅溶胶主要起到填充补强作用,而甘 油酯能够起到对于木材纤维的保护效果,3-氰基丙基二甲基甲氧基硅烷、二(对 硝基苯)碳酸酯、2,2-二甲基-1,3-丙二醇单(羟基新戊酸酯)则能够与木材纤维 发生偶联,形成三维网状结构,提高木材的强度,同时盐酸异丁脒、N,N-三甲 硅基二乙胺的加入,进一步改变了偶联后分子的结构,保证了在长时间受力后, 木材仍然具有较好的力学强度。而在冷藏前可以加入少量的保护剂,能够对于 木材纤维结构在经过热处理后的冷处理过程中,保护了木材纤维的结构,使得木材的力学强度能够进一步得到提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上 述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指 出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干 改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种功能性木材处理方法,其特征在于:包括下述步骤:
步骤一:将木材浸泡在80℃的热水中,浸泡12小时;
步骤二:自然冷却至室温,放入冷藏室中,在-4℃条件下进行冷藏12小时;
步骤三:将冷冻的木材放置在室温下自然解冻;
步骤四:配置处理溶液,将处理剂溶于水溶液中,处理剂和溶剂水的质量比为1:4,所述处理剂包括下述重量份组成:
纳米二氧化硅溶胶:100份
甘油酯:10份
盐酸异丁脒:3份
N,N-三甲硅基二乙胺:3份
3-氰基丙基二甲基甲氧基硅烷:2份
二(对硝基苯)碳酸酯:2份
2,2-二甲基-1,3-丙二醇单(羟基新戊酸酯):2份;
步骤五:将解冻的木材放入到密闭的浸泡罐中,浸泡罐中充满处理溶液,升温至60~80℃,浸泡时间为10~20小时;
步骤六:静置冷却至室温,排出处理溶液,清理木材表面的处理溶液,烘干。
2.根据权利要求1所述的一种功能性木材处理方法,其特征在于:
所述甘油酯为甘油单亚油酸酯、甘油1-肉豆蔻酸酯中至少一种。
3.根据权利要求2所述的一种功能性木材处理方法,其特征在于:
所述步骤五中,先将木材放置入浸泡罐中,将浸泡罐抽真空,对木材进行预处理,预处理过程中,真空度为-0.1MPa,在真空条件下静置60分钟,之后再加入处理溶液浸泡。
4.根据权利要求3所述的一种功能性木材处理方法,其特征在于:所述步骤五中,在处理溶液浸泡过程中加压浸泡,压力为1MPa。
5.根据权利要求4所述的一种功能性木材处理方法,其特征在于:所述处理溶液的制备方法为:
将纳米二氧化硅溶胶、与溶胶等重的水混合加入到搅拌机中,搅拌速度为6000转每分钟,再加入其余成分物质,升温至80℃,搅拌30分钟,之后自然冷却,降低搅拌速度至100转每分钟,搅拌2小时得到处理溶液。
6.根据权利要求5所述的一种功能性木材处理方法,其特征在于:所述步骤六中烘干温度为90~120℃,烘干时间为12小时。
7.根据权利要求6所述的一种功能性木材处理方法,其特征在于:所述步骤二中,在冷藏前,在浸泡的热水中溶解有保护剂,所述保护剂为乙烯乙二醇、海藻糖、甘露醇、葡聚糖、磷酸-三乙胺的混合溶液。
8.根据权利要求7所述的一种功能性木材处理方法,其特征在于:所述保护剂中的乙烯乙二醇、海藻糖、甘露醇、葡聚糖、磷酸-三乙胺的质量比为5:2:2:2:1。
9.根据权利要求8所述的一种功能性木材处理方法,其特征在于:所述步骤二中在冷藏前,加入保护剂的热水中的浸泡时间为30分钟。
10.根据权利要求8所述的一种功能性木材处理方法,其特征在于:所述保护剂与热水的质量比为1:50。
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