CN108453854A - 一种基于水玻璃填充的高导热系数木材及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高导热系数木材的制备方法，该方法将干燥的木材在水玻璃溶液中浸渍，将浸渍后的木材在通入酸性气体的密闭空间内静置，然后烘干。本发明提供的方法采用向木材中扩散无机填料的方式，工艺简单、原料价格低廉，可与木材的前期处理同时进行，优势明显。本发明提供的方法能够有效满足发热地板使用过程中节能降耗的需求；处理工艺简单/便捷，通过对木材内部孔隙的有效填充，促进热能在木材内的高效流通，提高地板的升温效率；通过对传热学、化学、材料学等学科的交叉应用的尝试，实现了对木材传热性能的提升，具有广泛的应用前景。

Description

一种基于水玻璃填充的高导热系数木材及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及木材改性的技术领域，主要涉及一种基于水玻璃填充的高导热系数木材。
背景技术
目前，我国的供暖体制主要采用地面采暖供热，特别是低温热水地面辐射采暖应用较为广泛。木质地板由于冬暖夏凉、材面软硬度适中、行走感良好、表面纹理涨落有序、美观自然的优点备受青睐。但是，木质材料作为地面采暖用地板最大缺陷是导热系数低，导热性能差，存在着能源调节不良，采暖运行成本高，建筑能耗大等问题。因此，有效增加木质材料导热系数，提高地面采暖供热效率势在必行。
然而，国内提高地板热效率的主要方式是设计更为合理的地板结构。地板结构的变化将会增加板材的加工工序，成本增加幅度较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种高导热系数木材的制备方法。本发明提供的方法采用向木材中扩散无机填料的方式，工艺简单、原料价格低廉，可与木材的前期处理同时进行，优势明显，能够有效提高热量在木材中的传热效率/降低供暖能耗。
具体而言，本发明提供了一种制备高导热系数木材的方法，该方法将干燥的木材在水玻璃溶液中浸渍，将浸渍后的木材通入酸性气体，使水玻璃在木材内部形成网络结构，从而达到提高木材导热系数的目的。
本发明所述木材可以为杨木、松木等任意种类木材。
本发明首先对木材进行干燥处理，并配置水玻璃水溶液，然后将干燥后的木材在水玻璃水溶液中充分浸渍。本发明所述水玻璃水溶液的质量百分浓度为30％～70％，优选为35～50％。
本发明通过常温常压浸渍、加温常压浸渍或加温加压浸渍的方法实现水玻璃水溶液在木材内的扩散。具体而言：
所述浸渍可以在常温常压条件下进行；优选在常温常压条件下浸渍1～16h；更优选在常温常压条件下浸渍12～16h。
所述浸渍还可以在加温、常压下进行；优选在50～150℃、常压条件下浸渍1～15h；更优选在在80～100℃、常压条件下浸渍1～5h。在具体操作时，先将水玻璃水溶液加热至目标温度，再将干燥的木材放入所述加热的水玻璃水溶液中，常压浸渍，即可。
所述浸渍还可以在高温、高压条件下进行，优选在1～10MPa、 20～150℃条件下浸渍1～15小时；更优选在1～3MPa、温度80～100℃条件下浸渍1～5小时。在具体操作时，可将干燥的木材放入浸渍装置内，抽真空后，注入水玻璃水溶液，然后升压至目标压力，升温至目标温度，浸渍，即可。
本发明通过对含有水玻璃的木材进行酸化处理，实现水玻璃向硅酸的转变。具体而言，所述酸化处理采用的酸性气体为二氧化碳、二氧化硫或硫化氢，优选为绿色、安全的二氧化碳。为了使所述转变充分进行，本发明优选所述在密闭空间内静置的时间为20～30h。
本发明通过调控干燥温度和干燥时间实现在干燥过程中硅酸向二氧化硅的转变和在木材中的固定。所述烘干具体为：在80～200℃下烘干1～30h，优选在80～120℃下烘干0.5～4h。当所述烘干温度超过100℃时，通入保护气体；所述保护气体优选为氮气或二氧化碳。
本发明同时保护所述方法制备而成的高导热系数木材。
本发明进一步保护所述高导热系数木材在制备木质地板中的应用。
本发明提供的方法能够有效满足发热地板使用过程中节能降耗的需求；处理工艺简单/便捷，通过对木材内部孔隙的有效填充，促进热能在木材内的高效流通，提高地板的升温效率；通过对传热学、化学、材料学等学科的交叉应用的尝试，实现了对木材传热性能的提升，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供了一种高导热系数木材，其制备方法具体为：
选取30mm×100mm×100mm的杨木块在80℃的烘箱中干燥3小时备用；称取70克水玻璃溶解在130克去离子水中，配制成水玻璃含量为35％的水玻璃水溶液；将所述烘干的木块置于所述35％的水玻璃溶液中，室温、常压下浸渍14小时；将浸渍过水玻璃的木块放入封闭体系中，室温下通入二氧化碳气体，保持24小时；再在氮气保护下，在105℃烘干2小时，测得其导热系数为0.38Wm-1K-1。
实施例2
本实施例提供了一种高导热系数木材，其制备方法具体为：
选取30mm×100mm×100mm的杨木块在100℃的烘箱中干燥2 小时备用；称取150克水玻璃溶解在150克去离子水中，配制成水玻璃含量为50％的水玻璃水溶液，并加热至90℃；将所述烘干的木块置于所述被加热的50％的水玻璃溶液中常压下浸渍3小时；将浸渍过水玻璃的木块放入封闭体系中，室温下通入二氧化碳气体，保持28小时；再在二氧化碳气体保护下，在105℃烘干4小时，测得其导热系数为0.42Wm-1K-1。
实施例3
本实施例提供了一种高导热系数木材，其制备方法具体为：
选取30mm×100mm×100mm的杨木块在105℃的烘箱中干燥1 小时备用；称取200克水玻璃溶解在300克去离子水中，配制成水玻璃含量为40％的水玻璃水溶液；将所述烘干的将木块放入浸渍罐中，抽真空后，注入40％的水玻璃溶液，然后升压至2MPa，温度为 90℃，浸渍2小时；将浸渍过水玻璃的木块放入封闭体系中，室温下通入二氧化碳气体，保持24小时；再在氮气保护下，105℃烘干1 小时，测得其导热系数为0.45Wm-1K-1。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于水玻璃填充的高导热系数木材的制备方法，其特征在于，将干燥的木材在水玻璃溶液中浸渍，将浸渍后的木材在通入酸性气体的密闭空间内静置，然后烘干。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水玻璃水溶液的质量百分浓度为30％～70％，优选为35～50％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述浸渍在常温常压条件下进行，优选在常温常压条件下浸渍1～16h。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述浸渍具体为：将水玻璃水溶液加热至50～150℃，再将干燥的木材放入所述加热的水玻璃水溶液中，常压浸渍；优选在上述条件下浸渍1～15小时。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述浸渍具体为：将干燥的木材放入浸渍装置内，抽真空后，注入水玻璃水溶液，然后升压至1～10MPa，升温至20～150℃，浸渍；优选在上述条件下浸渍1～15小时。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的方法，其特征在于，所述酸性气体为二氧化碳、二氧化硫或硫化氢；
优选地，所述在密闭空间内静置的时间为20～30h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烘干具体为：在80～200℃下烘干1～30h，优选在80～120℃下烘干0.5～4h。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述烘干温度超过100℃时，通入保护气体；所述保护气体优选为氮气或二氧化碳。
9.权利要求1～8任意一项所述方法制备而成的高导热系数木材。
10.权利要求9所述高导热系数木材在制备木质地板中的应用。
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