CN108058250A - 一种对于杨木木材的改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及杨木加工技术领域，公开了一种对于杨木木材的改性方法，采用物理和化学相结合的加工方法，在保留杨木木材原有优点的基础上，改变木材的物理、力学、化学性质和构造特征等不足，解决了杨木密度分布不均匀、含水率差异过大、产品表面粗糙、横向翘曲等问题，通过浸注处理的方式浸入木材细胞内，起到填充、粘结作用，提高了杨木木材的天然耐腐性、耐酸性、耐碱性、阻燃性、力学强度、尺寸稳定性和材色等，使其能更好的利用到实木家具制造领域中。

Description

一种对于杨木木材的改性方法
技术领域
本发明属于杨木木材加工技术领域，具体涉及一种对于杨木木材的改性方法。
背景技术
木材是制造实木家具的主要原料，但我国是一个少林缺材的国家，人均森林面积不足世界平均水平的四分之一，木材供需矛盾十分突出。为了保护森林，保护优质木材，一方面需要减少木材资源的砍伐，提高木材的利用率或利用替代材，另一方面，需提高木材的生长速度，营造速生材。从材质接近角度看，用速生材替代优质木材更具有优势和可行性。我国杨树人工林面积已达800万公顷, 无论是杨树种植面积还是蓄积量均居世界首位，杨树是杨柳科杨属植物落叶乔木的通称。全属有100多种，主要分布在欧洲、亚洲、北美洲的温带、寒带及地中海沿岸国家与中东地区，我国有50多种，几十年来，我国林业科研人员不断对杨树速生丰产树种进行研究、开发，并已经取得了可喜的成果，形成了大面积杨树速生丰产林。自70年代中期，科研工作者在我国引种美洲黑杨和欧美杨树种获得成功，并经过几代基因改良培育出适合我国气候和立地条件的优势树种。目前其种植和利用在我国的中、北部地区，已进入良性循环中，资源非常丰富。
杨木具有材质匀称、韧性强、含水率低、抗腐化、腐心木少、原材利用率高等优良特性。但其密度低，通常只有0.28-0.40g/cm3、材质松软、颜色浅、含水率高且分布不均、多应力木、力学性能低、干燥时易变形等缺点，一直以来，主要用于包装、农村住宅建材、火柴、一次性筷子和对人造板性能要求不高及附加值低的产品。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种对于杨木木材的改性方法，提高了杨木木材的天然耐腐性、耐酸性、耐碱性、阻燃性、力学强度、尺寸稳定性和材色等。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种对于杨木木材的改性方法，包括以下步骤：
（1）将切割后的杨木置于140-160℃的蒸锅中加热，蒸煮液中加入了质量分数为12-14%的软化剂，该软化剂中添加了浓度为2-3摩尔/升的碳酸钙溶液，蒸煮至蒸汽渗入木材表皮3-4毫米即可降温冷却，然后在零下10℃-零下15℃下低温干燥2-3小时，得到的木材恢复至室温；
（2）将预处理后的木材置于强化液中加压浸泡2-3小时，浸泡温度为60-70℃，压力为1.2-1.3MPa，该强化剂的配制方法为：将松香和马来酸酐按照质量比为3.5-4.0:1的比例混合，加热至180-200℃，搅拌20-30分钟后，加入质量浓度为4.5-5.0%的碳酸氢钠溶液，添加量为松香质量分数的20-30%，搅拌混合得到松香胶乳液，将聚乙烯醇、淀粉按照1：2.0-2.4的质量比溶解于硼砂溶液中，料液比为1:18-20，然后与松香胶乳液按照3-4:1.3-1.5的比例混合搅拌均匀即可；
（3）将经过步骤（2）处理后的木材在70-80℃的烘箱中干燥5-8小时，取出后放入炭化炉中进行低温炭化，第一次炭化温度为125-130℃，时间为20-30分钟，取出在表面喷涂一层厚度为3-5微米的亚硫酸化油，降温干燥2-3小时，然后进行二次炭化，炭化温度为140-150℃，炭化时间为40-60分钟，取出冷却即可。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）所述软化剂按照质量百分比计由以下成分制成：硼酸铵占2.1-2.3%、磷酸三甲苯酯占1.8-2.0%、烯基琥珀酸酐占1.6-1.8%、亚硫酸钠占1.3-1.5%、三聚磷酸钠占1.1-1.3%、硬脂酸锌占0.7-1.0%、硬脂酸钙占0.6-0.8%、甘油占20-25%、剩余为碳酸钙溶液。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（2）所述硼砂溶液质量浓度为0.8-1.0%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（3）所述亚硫酸化油是在氧化催化下，将蓖麻油与亚硫酸氢钠进行亚硫酸化反应制备得到的。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有木材资源不足，杨木应用在实木家具中性能不佳的问题，本发明提供了一种对于杨木木材的改性方法，采用物理和化学相结合的加工方法，在保留杨木木材原有优点的基础上，改变木材的物理、力学、化学性质和构造特征等不足，解决了杨木密度分布不均匀、含水率差异过大、产品表面粗糙、横向翘曲等问题，通过浸注处理的方式浸入木材细胞内，起到填充、粘结作用，提高了杨木木材的天然耐腐性、耐酸性、耐碱性、阻燃性、力学强度、尺寸稳定性和材色等，使其能更好的利用到实木家具制造领域中。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种对于杨木木材的改性方法，包括以下步骤：
（1）将切割后的杨木置于140℃的蒸锅中加热，蒸煮液中加入了质量分数为12%的软化剂，该软化剂中添加了浓度为2摩尔/升的碳酸钙溶液，蒸煮至蒸汽渗入木材表皮3毫米即可降温冷却，然后在零下10℃下低温干燥2小时，得到的木材恢复至室温；
（2）将预处理后的木材置于强化液中加压浸泡2小时，浸泡温度为60℃，压力为1.2MPa，该强化剂的配制方法为：将松香和马来酸酐按照质量比为3.5:1的比例混合，加热至180℃，搅拌20分钟后，加入质量浓度为4.5%的碳酸氢钠溶液，添加量为松香质量分数的20%，搅拌混合得到松香胶乳液，将聚乙烯醇、淀粉按照1：2.0的质量比溶解于硼砂溶液中，料液比为1:18，然后与松香胶乳液按照3:1.3的比例混合搅拌均匀即可；
（3）将经过步骤（2）处理后的木材在70℃的烘箱中干燥5小时，取出后放入炭化炉中进行低温炭化，第一次炭化温度为125℃，时间为20分钟，取出在表面喷涂一层厚度为3微米的亚硫酸化油，降温干燥2小时，然后进行二次炭化，炭化温度为140℃，炭化时间为40分钟，取出冷却即可。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）所述软化剂按照质量百分比计由以下成分制成：硼酸铵占2.1%、磷酸三甲苯酯占1.8%、烯基琥珀酸酐占1.6%、亚硫酸钠占1.3%、三聚磷酸钠占1.1%、硬脂酸锌占0.7%、硬脂酸钙占0.6%、甘油占20%、剩余为碳酸钙溶液。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（2）所述硼砂溶液质量浓度为0.8%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（3）所述亚硫酸化油是在氧化催化下，将蓖麻油与亚硫酸氢钠进行亚硫酸化反应制备得到的。
实施例2
一种对于杨木木材的改性方法，包括以下步骤：
（1）将切割后的杨木置于150℃的蒸锅中加热，蒸煮液中加入了质量分数为13%的软化剂，该软化剂中添加了浓度为2.5摩尔/升的碳酸钙溶液，蒸煮至蒸汽渗入木材表皮3.5毫米即可降温冷却，然后在零下12℃下低温干燥2.5小时，得到的木材恢复至室温；
（2）将预处理后的木材置于强化液中加压浸泡2.5小时，浸泡温度为65℃，压力为1.25MPa，该强化剂的配制方法为：将松香和马来酸酐按照质量比为3.8:1的比例混合，加热至190℃，搅拌25分钟后，加入质量浓度为4.8%的碳酸氢钠溶液，添加量为松香质量分数的25%，搅拌混合得到松香胶乳液，将聚乙烯醇、淀粉按照1：2.2的质量比溶解于硼砂溶液中，料液比为1:19，然后与松香胶乳液按照3.5:1.4的比例混合搅拌均匀即可；
（3）将经过步骤（2）处理后的木材在75℃的烘箱中干燥6小时，取出后放入炭化炉中进行低温炭化，第一次炭化温度为128℃，时间为25分钟，取出在表面喷涂一层厚度为4微米的亚硫酸化油，降温干燥2.5小时，然后进行二次炭化，炭化温度为145℃，炭化时间为50分钟，取出冷却即可。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）所述软化剂按照质量百分比计由以下成分制成：硼酸铵占2.2%、磷酸三甲苯酯占1.9%、烯基琥珀酸酐占1.7%、亚硫酸钠占1.4%、三聚磷酸钠占1.2%、硬脂酸锌占0.8%、硬脂酸钙占0.7%、甘油占22%、剩余为碳酸钙溶液。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（2）所述硼砂溶液质量浓度为0.9%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（3）所述亚硫酸化油是在氧化催化下，将蓖麻油与亚硫酸氢钠进行亚硫酸化反应制备得到的。
实施例3
一种对于杨木木材的改性方法，包括以下步骤：
（1）将切割后的杨木置于160℃的蒸锅中加热，蒸煮液中加入了质量分数为14%的软化剂，该软化剂中添加了浓度为3摩尔/升的碳酸钙溶液，蒸煮至蒸汽渗入木材表皮4毫米即可降温冷却，然后在零下15℃下低温干燥3小时，得到的木材恢复至室温；
（2）将预处理后的木材置于强化液中加压浸泡3小时，浸泡温度为70℃，压力为1.3MPa，该强化剂的配制方法为：将松香和马来酸酐按照质量比为4.0:1的比例混合，加热至200℃，搅拌30分钟后，加入质量浓度为5.0%的碳酸氢钠溶液，添加量为松香质量分数的30%，搅拌混合得到松香胶乳液，将聚乙烯醇、淀粉按照1：2.4的质量比溶解于硼砂溶液中，料液比为1:20，然后与松香胶乳液按照4:1.5的比例混合搅拌均匀即可；
（3）将经过步骤（2）处理后的木材在80℃的烘箱中干燥8小时，取出后放入炭化炉中进行低温炭化，第一次炭化温度为130℃，时间为30分钟，取出在表面喷涂一层厚度为5微米的亚硫酸化油，降温干燥3小时，然后进行二次炭化，炭化温度为150℃，炭化时间为60分钟，取出冷却即可。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）所述软化剂按照质量百分比计由以下成分制成：硼酸铵占2.3%、磷酸三甲苯酯占2.0%、烯基琥珀酸酐占1.8%、亚硫酸钠占1.5%、三聚磷酸钠占1.3%、硬脂酸锌占1.0%、硬脂酸钙占0.8%、甘油占25%、剩余为碳酸钙溶液。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（2）所述硼砂溶液质量浓度为1.0%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（3）所述亚硫酸化油是在氧化催化下，将蓖麻油与亚硫酸氢钠进行亚硫酸化反应制备得到的。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，省略步骤（1）中软化剂的添加，其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，省略步骤（2）中的强化剂添加，其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，省略步骤（3）中亚硫酸化油的使用，其余保持一致。
对比实验
分别使用实施例1-3和对比例1-3的方法加工处理杨木木材，同时以现有的经过简单蒸煮干燥处理的杨木木材作为对照组，保持无关变量一致，将各组处理得到的杨木性能进行比较，结果如下表所示：
项目 力学性能提高（%） 抗干缩率提高（%） 木材脆性降低（%） 寿命延长（年）
实施例1 38.0 56.5 47.2 9
实施例2 38.2 56.9 47.3 10
实施例3 38.1 56.7 47.2 9
对比例1 21.5 39.2 32.0 6
对比例2 7.6 14.6 10.5 3
对比例3 27.5 45.0 35.8 7
对照组 对照 对照 对照 对照
由此可见：本发明解决了杨木密度分布不均匀、含水率差异过大、产品表面粗糙、横向翘曲等问题，提高了杨木木材的天然耐腐性、耐酸性、耐碱性、阻燃性、力学强度、尺寸稳定性和材色等，使其能更好的利用到实木家具制造领域中。

Claims (4)

1.一种对于杨木木材的改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将切割后的杨木置于140-160℃的蒸锅中加热，蒸煮液中加入了质量分数为12-14%的软化剂，该软化剂中添加了浓度为2-3摩尔/升的碳酸钙溶液，蒸煮至蒸汽渗入木材表皮3-4毫米即可降温冷却，然后在零下10℃-零下15℃下低温干燥2-3小时，得到的木材恢复至室温；
（2）将预处理后的木材置于强化液中加压浸泡2-3小时，浸泡温度为60-70℃，压力为1.2-1.3MPa，该强化剂的配制方法为：将松香和马来酸酐按照质量比为3.5-4.0:1的比例混合，加热至180-200℃，搅拌20-30分钟后，加入质量浓度为4.5-5.0%的碳酸氢钠溶液，添加量为松香质量分数的20-30%，搅拌混合得到松香胶乳液，将聚乙烯醇、淀粉按照1：2.0-2.4的质量比溶解于硼砂溶液中，料液比为1:18-20，然后与松香胶乳液按照3-4:1.3-1.5的比例混合搅拌均匀即可；
（3）将经过步骤（2）处理后的木材在70-80℃的烘箱中干燥5-8小时，取出后放入炭化炉中进行低温炭化，第一次炭化温度为125-130℃，时间为20-30分钟，取出在表面喷涂一层厚度为3-5微米的亚硫酸化油，降温干燥2-3小时，然后进行二次炭化，炭化温度为140-150℃，炭化时间为40-60分钟，取出冷却即可。
2.如权利要求1所述一种对于杨木木材的改性方法，其特征在于，步骤（1）所述软化剂按照质量百分比计由以下成分制成：硼酸铵占2.1-2.3%、磷酸三甲苯酯占1.8-2.0%、烯基琥珀酸酐占1.6-1.8%、亚硫酸钠占1.3-1.5%、三聚磷酸钠占1.1-1.3%、硬脂酸锌占0.7-1.0%、硬脂酸钙占0.6-0.8%、甘油占20-25%、剩余为碳酸钙溶液。
3.如权利要求1所述一种对于杨木木材的改性方法，其特征在于，步骤（2）所述硼砂溶液质量浓度为0.8-1.0%。
4.如权利要求1所述一种对于杨木木材的改性方法，其特征在于，步骤（3）所述亚硫酸化油是在氧化催化下，将蓖麻油与亚硫酸氢钠进行亚硫酸化反应制备得到的。
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