CN107685374B - 一种提升蓝变木材使用品质的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提升蓝变木材使用品质的加工方法，包括如下步骤：（1）木材预处理、（2）爆破处理、（3）浸泡处理、（4）一次升温加热处理、（5）二次升温加热处理、（6）降温处理。本发明对蓝变木材进行了特殊的加工处理，很好的消除了木材蓝变的现象，提升了木材的使用价值，同时又改善了木材的强度等力学特性，增强了木材的使用品质，此外本发明方法工艺简单，加工成本低，具有很好的推广应用价值。

Description

一种提升蓝变木材使用品质的加工方法
技术领域
本发明属于木材加工处理技术领域，具体涉及一种提升蓝变木材使用品质的加工方法。
背景技术
砍伐后木材很容易受到蓝变菌的寄存，导致木材变色。蓝变菌以木材中的低分子碳水化合物为营养原进行繁殖，并不分解木材中纤维素、半纤维素、木质素等主要成分，因此不影响木材的强度。但是，变色后的木材由于外观质量较差，因此在使用范围上受到了很大的限制，例如只能在合板的内层以及建筑框架等不在表面显现的情况下使用。这样，就降低了其商业价值。
为了降低蓝变对于木材使用价值的影响，人们通过不断的研究，探索出了几种消除木材蓝变的方法，主要有物理法和化学法。化学法是利用具有强氧化性、漂白性的化学试剂对木材进行处理，来消除蓝变产生的色素，虽然能起到一定的效果，但同时会对木材原有的色泽产生损害，并且会产生大量的废液，影响环境安全；物理法主要是通过高温加热的方式来消除蓝变，多利用190℃以上的高温对木材进行处理，虽然同样能起到不错的效果，但其所需的温度较高，对应的加工成本较高，且其会影响木材的力学特性、漆膜附着性等，降低了木材的使用品质。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提升蓝变木材使用品质的加工方法，有效改善了现有方法的缺陷，提升了木材的综合品质。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种提升蓝变木材使用品质的加工方法，包括如下步骤：
（1）木材预处理：
用清水对木材表面进行冲洗处理，去除表面杂质后备用；
（2）爆破处理：
将步骤（1）处理后的木材放入到密闭罐内，向密闭罐内通入高温水蒸汽，同时将密闭罐内的压力升至0.4~0.5MPa，保温保压处理4~5min后快速卸至常温常压，将木材取出备用；
（3）浸泡处理：
将步骤（2）处理后的木材放入到处理液中浸泡处理，30~35min后取出备用；所述处理液中各成分及其对应重量份为：9~12份纳米碳粉、5~7份脂肪酸聚乙二醇酯、6~8份十二烷基苯磺酸钠、140~150份水；
（4）一次升温加热处理：
将步骤（3）处理后的木材放入到热处理窑内，以5~7℃/min的升温速度将热处理窑内的温度升至100~110℃，然后保温处理6~8min，期间始终保持热处理窑内的氧含量为13~15%；
（5）二次升温加热处理：
步骤（4）处理结束后，以8~10℃/min的升温速度将热处理窑内的温度升至150~160℃，然后保温处理2~3h，在此保温期间对木材进行紫外线辐照处理，同时保持热处理窑内的氧含量为2~3%；
（6）降温处理：
步骤（5）处理结束后，以16~18℃/min的降温速度将热处理窑内的温度降至常温，期间始终保持热处理窑内的氧含量为8~10%，最后将木材取出即可。
进一步的，步骤（2）中所述的高温水蒸汽的温度为103~106℃。
进一步的，步骤（3）中所述浸泡处理时加热保持处理液的温度为55~60℃，在浸泡期间还施加了频率为100~110kHz的超声波辐射处理。
进一步的，步骤（3）中所述处理液中的纳米碳粉颗粒大小为10~40nm。
进一步的，步骤（4）中所述的保温处理时热处理窑内的温度为105℃。
进一步的，步骤（5）中所述的保温处理时热处理窑内的温度为155℃。
进一步的，步骤（5）中所述的紫外线辐照处理的功率为400~500W，紫外线的波长为270~290nm。
木材的蓝变主要发生在表层组织上，为了更利于消除蓝变现象，本发明首先对蓝变木材进行了爆破处理，利用蒸汽爆破处理后的木材表层组织结构得到有效的松散，增强了后续处理的效果， 接着用处理液对木材进行了浸泡处理，在处理液中添加了纳米碳粉成分，通过超声波的辅助处理，纳米碳粉有效的渗入到蒸汽爆破处理后的木材表层组织内，其作用是提升了对后续加热处理时的温度的吸收利用和保温效果，现有方法中单纯的高温处理，木材对于温度的利用率不高，进而促使了加热温度的升高和加热时间的延长，同时还会影响木材内部的强度特性，而纳米碳粉颗粒具有良好的吸热性，提升了对热量的吸收利用率和保温效果，同时其又具有良好的吸附能力，在后续高温加热处理时，木材内部会析出部分抽提物，此类物质会影响涂料与木质纤维间的结合特性，而此纳米碳粉能对抽提物进行吸收固定，降低了抽提物向表面的渗出率，提升了木材与涂料间的结合强度，同时纳米碳粉填充于木材的表层组织内，可提高木材的力学强度，改善弥补了后续高温加热处理对木材力学特性的损伤，接着进行了一次升温加热处理，将木材预热到一定温度后，再进行了二次升温加热处理，此阶段处理主要是为了消除木材的蓝变现象，木材蓝变物质的主要成分是1，8-二羟基萘的聚合物，在高温环境中会挥发、分解，但现有方法中所用的温度过高，影响了木材的使用特性，对此本发明又添加了紫外线辐照的处理工艺，在紫外线的辐照、催化作用下，1，8-二羟基萘的聚合物分子链发生断裂，其与木质纤维部分连接的化学键也发生断裂，从而促进了1，8-二羟基萘的聚合物从木材内的脱离，紫外线辐照处理配合前序步骤中的纳米碳粉的施加，不仅加快了蓝变现象的消除，同时又降低了加热所需的温度强度，节约了生产成本。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明对蓝变木材进行了特殊的加工处理，很好的消除了木材蓝变的现象，提升了木材的使用价值，同时又改善了木材的强度等力学特性，增强了木材的使用品质，此外本发明方法工艺简单，加工成本低，具有很好的推广应用价值。
具体实施方式
实施例1
一种提升蓝变木材使用品质的加工方法，包括如下步骤：
（1）木材预处理：
用清水对木材表面进行冲洗处理，去除表面杂质后备用；
（2）爆破处理：
将步骤（1）处理后的木材放入到密闭罐内，向密闭罐内通入高温水蒸汽，同时将密闭罐内的压力升至0.4MPa，保温保压处理4min后快速卸至常温常压，将木材取出备用；
（3）浸泡处理：
将步骤（2）处理后的木材放入到处理液中浸泡处理，30min后取出备用；所述处理液中各成分及其对应重量份为：9份纳米碳粉、5份脂肪酸聚乙二醇酯、6份十二烷基苯磺酸钠、140份水；
（4）一次升温加热处理：
将步骤（3）处理后的木材放入到热处理窑内，以5℃/min的升温速度将热处理窑内的温度升至100℃，然后保温处理6min，期间始终保持热处理窑内的氧含量为13%；
（5）二次升温加热处理：
步骤（4）处理结束后，以8℃/min的升温速度将热处理窑内的温度升至150℃，然后保温处理2h，在此保温期间对木材进行紫外线辐照处理，同时保持热处理窑内的氧含量为2%；
（6）降温处理：
步骤（5）处理结束后，以16℃/min的降温速度将热处理窑内的温度降至常温，期间始终保持热处理窑内的氧含量为8%，最后将木材取出即可。
进一步的，步骤（2）中所述的高温水蒸汽的温度为103℃。
进一步的，步骤（3）中所述浸泡处理时加热保持处理液的温度为55℃，在浸泡期间还施加了频率为100kHz的超声波辐射处理。
进一步的，步骤（3）中所述处理液中的纳米碳粉颗粒大小为10~40nm。
进一步的，步骤（5）中所述的紫外线辐照处理的功率为400W，紫外线的波长为270~275nm。
实施例2
一种提升蓝变木材使用品质的加工方法，包括如下步骤：
（1）木材预处理：
用清水对木材表面进行冲洗处理，去除表面杂质后备用；
（2）爆破处理：
将步骤（1）处理后的木材放入到密闭罐内，向密闭罐内通入高温水蒸汽，同时将密闭罐内的压力升至0.45MPa，保温保压处理4.5min后快速卸至常温常压，将木材取出备用；
（3）浸泡处理：
将步骤（2）处理后的木材放入到处理液中浸泡处理，33min后取出备用；所述处理液中各成分及其对应重量份为：11份纳米碳粉、6份脂肪酸聚乙二醇酯、7份十二烷基苯磺酸钠、145份水；
（4）一次升温加热处理：
将步骤（3）处理后的木材放入到热处理窑内，以6℃/min的升温速度将热处理窑内的温度升至105℃，然后保温处理7min，期间始终保持热处理窑内的氧含量为14%；
（5）二次升温加热处理：
步骤（4）处理结束后，以9℃/min的升温速度将热处理窑内的温度升至155℃，然后保温处理2.5h，在此保温期间对木材进行紫外线辐照处理，同时保持热处理窑内的氧含量为2.5%；
（6）降温处理：
步骤（5）处理结束后，以17℃/min的降温速度将热处理窑内的温度降至常温，期间始终保持热处理窑内的氧含量为9%，最后将木材取出即可。
进一步的，步骤（2）中所述的高温水蒸汽的温度为105℃。
进一步的，步骤（3）中所述浸泡处理时加热保持处理液的温度为58℃，在浸泡期间还施加了频率为105kHz的超声波辐射处理。
进一步的，步骤（3）中所述处理液中的纳米碳粉颗粒大小为10~40nm。
进一步的，步骤（5）中所述的紫外线辐照处理的功率为450W，紫外线的波长为275~280nm。
实施例3
一种提升蓝变木材使用品质的加工方法，包括如下步骤：
（1）木材预处理：
用清水对木材表面进行冲洗处理，去除表面杂质后备用；
（2）爆破处理：
将步骤（1）处理后的木材放入到密闭罐内，向密闭罐内通入高温水蒸汽，同时将密闭罐内的压力升至0.5MPa，保温保压处理5min后快速卸至常温常压，将木材取出备用；
（3）浸泡处理：
将步骤（2）处理后的木材放入到处理液中浸泡处理，35min后取出备用；所述处理液中各成分及其对应重量份为：12份纳米碳粉、7份脂肪酸聚乙二醇酯、8份十二烷基苯磺酸钠、150份水；
（4）一次升温加热处理：
将步骤（3）处理后的木材放入到热处理窑内，以7℃/min的升温速度将热处理窑内的温度升至110℃，然后保温处理8min，期间始终保持热处理窑内的氧含量为15%；
（5）二次升温加热处理：
步骤（4）处理结束后，以10℃/min的升温速度将热处理窑内的温度升至160℃，然后保温处理3h，在此保温期间对木材进行紫外线辐照处理，同时保持热处理窑内的氧含量为3%；
（6）降温处理：
步骤（5）处理结束后，以18℃/min的降温速度将热处理窑内的温度降至常温，期间始终保持热处理窑内的氧含量为10%，最后将木材取出即可。
进一步的，步骤（2）中所述的高温水蒸汽的温度为106℃。
进一步的，步骤（3）中所述浸泡处理时加热保持处理液的温度为60℃，在浸泡期间还施加了频率为110kHz的超声波辐射处理。
进一步的，步骤（3）中所述处理液中的纳米碳粉颗粒大小为10~40nm。
进一步的，步骤（5）中所述的紫外线辐照处理的功率为500W，紫外线的波长为285~290nm。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例2相比，省去步骤（2）爆破处理操作，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，省去步骤（3）浸泡处理操作，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例3
本对比实施例3与实施例2相比，省去步骤（5）二次升温加热处理中的紫外线辐照处理操作，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例4
本对比实施例4与实施例2相比，省去步骤（2）爆破处理、步骤（3）浸泡处理，以及步骤（5）二次升温加热处理中的紫外线辐照处理操作，除此外的方法步骤均相同。
对照组
现有的消除木材蓝变的处理方法。
为了对比本发明效果，选用12年生的马尾松木材作为实验对象，将其加工成若干规格为：500mm长、70mm宽、30mm高的试样，然后对上述试样进行人工接种蓝变处理，最终处理后的试样水含量为15%，蓝变率（即蓝变部分的面积占试样总表面积的百分比）为35%，然后将上述试样分别用上述实施例2、对比实施例1、对比实施例2、对比实施例3、对比实施例4、对照组所述的方法进行处理，完成后对各组处理后的试样进行品质测试，具体对比数据如下表1所示：
表1
ΔL<sup>*</sup> Δb<sup>*</sup> 耐腐性（等级） 抗弯强度（MPa） 涂料附着力（等级）
实施例2 0.67 0.51 I 108.9 1
对比实施例1 1.25 0.95 Ⅱ 106.1 2
对比实施例2 2.04 1.63 Ⅱ 101.2 3
对比实施例3 1.88 1.42 Ⅱ 105.4 2
对比实施例4 2.36 1.80 Ⅲ 99.0 3
对照组 2.41 1.85 Ⅲ 98.7 3
注：上表1所述的ΔL*和Δb*采用国际照明委员会颁布的CIE L*a*b*表色系统进行表征，其中本实验具体选择与蓝变更为相关的L*（明度）和b*（黄蓝色品指数）进行测试，对应的ΔL*和Δb*分别表示处理后试样蓝变部位与未蓝变部位对应的明度和黄蓝色品指数的差值，所对应的差值越小表明两部位外观相差越小，对应的蓝变消除的效果越好；所述的耐腐性参照GB/T 13942.1-2009进行测试，其分设的等级为：I级表示失重率为0~10%，强耐腐；Ⅱ级表示失重率为11~24%，耐腐；Ⅲ级表示失重率为25~44%，稍耐腐；Ⅳ级表示失重率为＞45%，不耐腐；所述抗弯强度参照GB/T 1931-1936-2009进行测试；所述涂料附着力参照GB/T4893.4-2013进行测试，其分设的等级为：0级表示受影响的面积为0%；1级表示受影响的面积小于5%；2级表示受影响的面积为5~15%；3级表示受影响的面积为15~35%；4级表示受影响的面积为35~65%；5级表示受影响的面积大于65%。
由上表1可以看出，本发明处理方法能有效的消除木材的蓝变现象，同时又能改善木材的理化特性，提升了其综合品质，具有很好的推广应用价值。

Claims (5)

1.一种提升蓝变木材使用品质的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）木材预处理：
用清水对木材表面进行冲洗处理，去除表面杂质后备用；
（2）爆破处理：
将步骤（1）处理后的木材放入到密闭罐内，向密闭罐内通入高温水蒸汽，同时将密闭罐内的压力升至0.4~0.5MPa，保温保压处理4~5min后快速卸至常温常压，将木材取出备用；所述的高温水蒸汽的温度为103~106℃；
（3）浸泡处理：
将步骤（2）处理后的木材放入到处理液中浸泡处理，30~35min后取出备用；所述处理液中各成分及其对应重量份为：9~12份纳米碳粉、5~7份聚乙二醇脂肪酸酯、6~8份十二烷基苯磺酸钠、140~150份水；
（4）一次升温加热处理：
将步骤（3）处理后的木材放入到热处理窑内，以5~7℃/min的升温速度将热处理窑内的温度升至100~110℃，然后保温处理6~8min，期间始终保持热处理窑内的氧含量为13~15%；
（5）二次升温加热处理：
步骤（4）处理结束后，以8~10℃/min的升温速度将热处理窑内的温度升至150~160℃，然后保温处理2~3h，在此保温期间对木材进行紫外线辐照处理，同时保持热处理窑内的氧含量为2~3%；所述的紫外线辐照处理的功率为400~500W，紫外线的波长为270~290nm；
（6）降温处理：
步骤（5）处理结束后，以16~18℃/min的降温速度将热处理窑内的温度降至常温，期间始终保持热处理窑内的氧含量为8~10%，最后将木材取出即可。
2.根据权利要求1所述的一种提升蓝变木材使用品质的加工方法，其特征在于，步骤（3）中所述浸泡处理时加热保持处理液的温度为55~60℃，在浸泡期间还施加了频率为100~110kHz的超声波处理。
3.根据权利要求1所述的一种提升蓝变木材使用品质的加工方法，其特征在于，步骤（3）中所述处理液中的纳米碳粉颗粒大小为10~40nm。
4.根据权利要求1所述的一种提升蓝变木材使用品质的加工方法，其特征在于，步骤（4）中所述的保温处理时热处理窑内的温度为105℃。
5.根据权利要求1所述的一种提升蓝变木材使用品质的加工方法，其特征在于，步骤（5）中所述的保温处理时热处理窑内的温度为155℃。
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