CN108582350A - 一种木材干燥的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种木材干燥的方法，属于木材处理领域。本发明合成的聚乙二醇原位接枝改性的复合碳纳米管和乙二醇为原料，了乙二醇基复合碳纳米管流体，形成一种高稳定性、高导热率碳纳米管流体，将木段浸入该流体中，在蒸汽干燥的过程中增强木材表面的导热性能，使蒸汽通入干燥窑内加热器中进行热交换时，能迅速吸收热能进入木材，增加干燥速率。通过对木材钻孔，使热空气能迅速进入木材的中心位置，均匀的对木材整体进行干燥，当内应力过大时，减缓木材在干燥前期产生开裂，在干燥后期会产生变形，容易出现皱缩的情况。本发明解决了目前蒸汽干燥木材时，内应力过大出现皱缩的问题。

Description

一种木材干燥的方法
技术领域
本发明属于木材处理领域，具体涉及一种木材干燥的方法。
背景技术
随着社会的进步，人们崇尚自然，回归大自然的心情日益迫切，使木质产品在市场上倍受喜爱；另一方面，当今世界正面临着森林资源日益减少所带来的环保和生态问题。因此，如何合理有效地利用有限的木材资源显得更为重要，其中木材干燥是保障和改善木材品质的重要环节，通过干燥处理，防止木材的变形开裂、减少木材降等损失，改善物理性能、提高木材利用率、防止木材腐朽虫蛀、保障生物防疫。而目前我国木材资源的浪费，大多数是由于湿材未经干燥处理，或处理不当，致使木材降等甚至失去了使用价值，干燥不当引起木材降等严重，一般大于20%，其中5%完全失去使用价值。因此，无论从产品质量或从经济效益的角度来看，干燥作业都是木制品生产中举足轻重的关键性环节之一，是木材加工生产中的关键工序，对提高木制品的质量和加工过程中的节能降耗起到至关重要的作用。
木材干燥是木材加工过程中的一项十分重要的工序，同时又是提高木材利用率，节约森林资源的重要途径。木材的干燥过程是木材中水分蒸发的过程，在木材干燥过程中，木材含水率是制定干燥基准、调节和控制干燥过程、保证成品质量的重要参数，在木材干燥理论和实践上均具有极其重要的意义。合理地控制水分蒸发的通常的做法是根据木材的性质、规格和含水率，控制木材中水分蒸发的强度。干燥基准就是根据干燥时间和木材状态（含水率、应力）的变化而编制的干燥介质温度和湿度变化的程序表，在实际干燥过程中，正确执行这个程序表，就可以合理地控制木材的干燥过程，从而保证木材的干燥质量。
目前木材的干燥方法主要有大气干燥、蒸汽干燥和真空干燥方法。传统蒸汽干燥室进行木材干燥主要是利用水份传导原理，即含水率梯度原理进行干燥。根据木材的温度梯度原理和含水率梯度原理，木材中的水份趋向于从温度高的部分流向温度低的部分，从含水率高地部分流向含水率低的部分，因此在所述两种梯度逆向的状态下进行木材干燥加工，木材含水率梯度的作用应大于温度梯度的作用，其中含水率梯度的作用一方面要克服由于温度梯度使水份从外部向内部移动的趋势，另一方面要进而使水份由木材内部向外部移动。采用蒸汽干燥，木材的含水率梯度越大，其承受的内应力就越大，当内应力过大时，木材在干燥前期会产生开裂，在干燥后期会产生变形，容易出现“皱缩”这种严重的干燥缺陷，甚至还会使木材产生内裂或蜂窝裂。因此，提供一种能高效干燥木材又不会使木材变形的干燥方法迫在眉睫。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前蒸汽干燥木材时，内应力过大出现皱缩的问题，提供一种木材干燥的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种木材干燥的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（1）取碳纳米管加入硫酸溶液和硝酸溶液，搅拌，升温至80~85℃，恒温保持5~6h，得混合物，将混合物加入至蒸馏水中，冷却至室温，用微孔滤膜过滤，取滤液，干燥，研磨，得表面功能化碳纳米管；
（2）将表面功能化碳纳米管加入聚乙二醇200溶液和苯磺酸溶液，搅拌升温至70~90℃，反应4.5~5.5h，得混合物，冷却至室温，将混合物过滤，取滤渣，滤渣用蒸馏水洗涤2~3次，干燥，得改性复合碳纳米管，将改性复合碳纳米管加入至乙二醇溶液中，搅拌均匀，超声处理，得复合碳纳米管流体；
（3）将醋酸锌溶于乙醇溶液中，得混合溶液A，再将氢氧化钠溶液加入混合溶液A中，反应，得混合溶液B，将混合溶液B于60~65℃恒温水浴振荡2~3h，得氧化锌溶胶；
（4）将钛酸四丁酯按质量比1：5加入至乙醇溶液中，反应，得反应溶液，用浓度为0.2mol/L的盐酸将反应溶液pH值调至2.0±0.2，搅拌，按体积比50：1向反应溶液中加入蒸馏水, 搅拌30~40min，得二氧化钛溶胶；
（5）按重量份数计，按质量份数计，取复合碳纳米管流体30~40份，氧化锌溶胶12~15份，二氧化钛溶胶25~30份，乙醇60~70份混合均匀，得木材浸润液；
（6）取刚砍伐的原木锯断成长度为90～100cm的木段，用长度为30cm的麻花钻从木段底部及顶部，各钻取2~3个孔，得预处理的木段，将预处理的木段完全浸入混合浸润液中浸润，取出浸润后木段干燥，重复浸润干燥过程4~5次，得处理后木段；
（7）将处理后木段置于高温高压饱和水蒸气发生器的钢质高压釜装置内，从木材底部通入蒸汽，进行木材干燥1~2h，关掉蒸汽阀，冷却至室温，重新通入蒸汽进行干燥，重复干燥冷却过程4~5次，得干燥木材。
所述步骤（1）中碳纳米管与硫酸溶液和硝酸溶液的质量比为5：10：12；混合物与蒸馏水的质量比为1：50。
所述步骤（2）中表面功能化碳纳米管与聚乙二醇200溶液和苯磺酸溶液的质量比为10：15：6；改性复合碳纳米管与乙二醇溶液的质量比为2：3。
所述步骤（3）中醋酸锌与乙醇溶液的质量比为1：150；氢氧化钠溶液与混合溶液A的体积比为1：2。
所述步骤（4）中钛酸四丁酯与乙醇溶液的质量比为1：5；反应溶液与蒸馏水的体积比为50：1。
所述步骤（6）中原木为8~10年生短轮伐期原木木材；麻花钻所钻的孔直径为0.5~0.7cm。
所述步骤（7）中蒸汽干燥条件为保持100~120℃、1.0~3.0 MPa。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明合成的聚乙二醇原位接枝改性的复合碳纳米管和乙二醇为原料，了乙二醇基复合碳纳米管流体，形成一种高稳定性、高导热率碳纳米管流体，将木段浸入该流体中，在蒸汽干燥的过程中增强木材表面的导热性能，使蒸汽通入干燥窑内加热器中进行热交换时，能迅速吸收热能进入木材，增加干燥速率；
（2）本发明通过添加合成氧化锌溶胶及二氧化钛溶胶对桦木木段浸润镀膜后再进行溶剂处理，得到具有抗菌性纳米氧化物负载的木材，使得干燥后的木材可以抵御木腐菌腐蚀，增加了木材的抗菌性；
（3）本发明通过对木材钻孔，使热空气能迅速进入木材的中心位置，均匀的对木材整体进行干燥，当内应力过大时，减缓木材在干燥前期产生开裂，在干燥后期会产生变形，容易出现皱缩的情况。
具体实施方式
木材原料：取自8~10年生短轮伐期的原木木材。
一种木材干燥的方法，包括如下步骤：
（1）取碳纳米管按质量比5：10：12加入硫酸溶液和硝酸溶液，20~25℃下搅拌反应10~15min，升温至80~85℃，恒温5~6h，得混合物，将混合物按质量比1：50加入至蒸馏水中，冷却至室温，用微孔滤膜过滤，取滤液，干燥，研磨，得表面功能化碳纳米管；
（2）将表面功能化碳纳米管按质量比10：15：6加入聚乙二醇200溶液和苯磺酸溶液，在20~23℃下搅拌反应10~15min，升温至70~90℃，反应4.5~5.5h，得混合物，冷却至室温，将混合物过滤，取滤渣，滤渣用蒸馏水洗涤2~3次，干燥，得改性复合碳纳米管，将改性复合碳纳米管按质量比2：3加入至乙二醇溶液中，搅拌均匀，超声处理100~120min，得复合碳纳米管流体；
（3）将醋酸锌按质量比1：150溶于乙醇溶液中，得混合溶液A，再将氢氧化钠溶液按体积比1：2加入混合溶液A中，反应，得混合溶液B，将混合溶液B于60~65℃恒温水浴振荡2~3h，得氧化锌溶胶；
（4）将钛酸四丁酯按质量比1：5加入至乙醇溶液中，反应，得反应溶液，用浓度为0.2mol/L的盐酸将反应溶液pH值调至2.0±0.2，搅拌，按体积比50：1向反应溶液中加入蒸馏水, 搅拌30~40min，得二氧化钛溶胶；
（5）按重量份数计，取复合碳纳米管流体30~40份，氧化锌溶胶12~15份，二氧化钛溶胶25~30份，乙醇60~70份混合均匀，得木材浸润液；
（6）取刚砍伐的原木木材锯断成长度为90~100cm的木段，用长度为30cm的麻花钻从木段底部及顶部，各钻取2~3个孔，每个孔直径为0.5~0.7cm，得预处理的木段，将预处理的木段完全浸入木材浸润液中浸润5~6min，取出浸润后木段在空气中干燥8~10min，重复浸润干燥过程4~5次，得处理后木段；
（7）将处理后木段置于高温高压饱和水蒸气发生器的钢质高压釜装置内，从木材底部通入蒸汽，保持100~120℃、1.0~3.0 MPa进行木材干燥1~2h，关掉蒸汽阀，冷却至室温，重新通入蒸汽进行干燥，重复干燥冷却过程4~5次，得干燥木材。
实例1
木材原料：取自8年生短轮伐期的原木木材。
一种木材干燥的方法，包括如下步骤：
（1）取碳纳米管按质量比5：10：12加入硫酸溶液和硝酸溶液，20℃下搅拌反应10min，升温至80℃，恒温5h，得混合物，将混合物按质量比1：50加入至蒸馏水中，冷却至室温，用微孔滤膜过滤，取滤液，干燥，研磨，得表面功能化碳纳米管；
（2）将表面功能化碳纳米管按质量比10：15：6加入聚乙二醇200溶液和苯磺酸溶液，在20℃下搅拌反应10min，升温至70℃，反应4.5h，得混合物，冷却至室温，将混合物过滤，取滤渣，滤渣用蒸馏水洗涤2次，干燥，得改性复合碳纳米管，将改性复合碳纳米管按质量比2：3加入至乙二醇溶液中，搅拌均匀，超声处理100min，得复合碳纳米管流体；
（3）将醋酸锌按质量比1：150溶于乙醇溶液中，得混合溶液A，再将氢氧化钠溶液按体积比1：2加入混合溶液A中，反应，得混合溶液B，将混合溶液B于60℃恒温水浴振荡2h，得氧化锌溶胶；
（4）将钛酸四丁酯按质量比1：5加入至乙醇溶液中，反应，得反应溶液，用浓度为0.2mol/L的盐酸将反应溶液pH值调至1.8，搅拌，按体积比50：1向反应溶液中加入蒸馏水,搅拌30min，得二氧化钛溶胶；
（5）按重量份数计，取复合碳纳米管流体30份，氧化锌溶胶12份，二氧化钛溶胶25份，乙醇60份混合均匀，得木材浸润液；
（6）取刚砍伐的原木木材锯断成长度为90cm的木段，用长度为30cm的麻花钻从木段底部及顶部，各钻取2个孔，每个孔直径为0.5cm，得预处理的木段，将预处理的木段完全浸入木材浸润液中浸润5min，取出浸润后木段在空气中干燥8min，重复浸润干燥过程4次，得处理后木段；
（7）将处理后木段置于高温高压饱和水蒸气发生器的钢质高压釜装置内，从木材底部通入蒸汽，保持100℃、1.0MPa进行木材干燥1h，关掉蒸汽阀，冷却至室温，重新通入蒸汽进行干燥，重复干燥冷却过程4次，得干燥木材。
实例2
木材原料：取自10年生短轮伐期的原木木材。
一种木材干燥的方法，包括如下步骤：
（1）取碳纳米管按质量比5：10：12加入硫酸溶液和硝酸溶液，25℃下搅拌反应15min，升温至85℃，恒温6h，得混合物，将混合物按质量比1：50加入至蒸馏水中，冷却至室温，用微孔滤膜过滤，取滤液，干燥，研磨，得表面功能化碳纳米管；
（2）将表面功能化碳纳米管按质量比10：15：6加入聚乙二醇200溶液和苯磺酸溶液，在23℃下搅拌反应15min，升温至90℃，反应5.5h，得混合物，冷却至室温，将混合物过滤，取滤渣，滤渣用蒸馏水洗涤3次，干燥，得改性复合碳纳米管，将改性复合碳纳米管按质量比2：3加入至乙二醇溶液中，搅拌均匀，超声处理120min，得复合碳纳米管流体；
（3）将醋酸锌按质量比1：150溶于乙醇溶液中，得混合溶液A，再将氢氧化钠溶液按体积比1：2加入混合溶液A中，反应，得混合溶液B，将混合溶液B于60~65℃恒温水浴振荡2~3h，得氧化锌溶胶；
（4）将钛酸四丁酯按质量比1：5加入至乙醇溶液中，反应，得反应溶液，用浓度为0.2mol/L的盐酸将反应溶液pH值调至2. 2，搅拌，按体积比50：1向反应溶液中加入蒸馏水,搅拌40min，得二氧化钛溶胶；
（5）按重量份数计，取复合碳纳米管流体40份，氧化锌溶胶15份，二氧化钛溶胶30份，乙醇70份混合均匀，得木材浸润液；
（6）取刚砍伐的原木木材锯断成长度为100cm的木段，用长度为30cm的麻花钻从木段底部及顶部，各钻取3个孔，每个孔直径为0.7cm，得预处理的木段，将预处理的木段完全浸入木材浸润液中浸润6min，取出浸润后木段在空气中干燥10min，重复浸润干燥过程5次，得处理后木段；
（7）将处理后木段置于高温高压饱和水蒸气发生器的钢质高压釜装置内，从木材底部通入蒸汽，保持120℃、3.0 MPa进行木材干燥2h，关掉蒸汽阀，冷却至室温，重新通入蒸汽进行干燥，重复干燥冷却过程5次，得干燥木材。
实例3
木材原料：取自9年生短轮伐期的原木木材。
一种木材干燥的方法，包括如下步骤：
（1）取碳纳米管按质量比5：10：12加入硫酸溶液和硝酸溶液，23℃下搅拌反应13min，升温至83℃，恒温5.5h，得混合物，将混合物按质量比1：50加入至蒸馏水中，冷却至室温，用微孔滤膜过滤，取滤液，干燥，研磨，得表面功能化碳纳米管；
（2）将表面功能化碳纳米管按质量比10：15：6加入聚乙二醇200溶液和苯磺酸溶液，在22℃下搅拌反应13min，升温至80℃，反应5h，得混合物，冷却至室温，将混合物过滤，取滤渣，滤渣用蒸馏水洗涤3次，干燥，得改性复合碳纳米管，将改性复合碳纳米管按质量比2：3加入至乙二醇溶液中，搅拌均匀，超声处理110min，得复合碳纳米管流体；
（3）将醋酸锌按质量比1：150溶于乙醇溶液中，得混合溶液A，再将氢氧化钠溶液按体积比1：2加入混合溶液A中，反应，得混合溶液B，将混合溶液B于63℃恒温水浴振荡2.5h，得氧化锌溶胶；
（4）将钛酸四丁酯按质量比1：5加入至乙醇溶液中，反应，得反应溶液，用浓度为0.2mol/L的盐酸将反应溶液pH值调至2.0，搅拌，按体积比50：1向反应溶液中加入蒸馏水,搅拌35min，得二氧化钛溶胶；
（5）按重量份数计，取复合碳纳米管流体35份，氧化锌溶胶13份，二氧化钛溶胶27份，乙醇65份混合均匀，得木材浸润液；
（6）取刚砍伐的原木木材锯断成长度为95cm的木段，用长度为30cm的麻花钻从木段底部及顶部，各钻取3个孔，每个孔直径为0.6cm，得预处理的木段，将预处理的木段完全浸入木材浸润液中浸润5min，取出浸润后木段在空气中干燥9min，重复浸润干燥过程4次，得处理后木段；
（7）将处理后木段置于高温高压饱和水蒸气发生器的钢质高压釜装置内，从木材底部通入蒸汽，保持110℃、2.0MPa进行木材干燥1.5h，关掉蒸汽阀，冷却至室温，重新通入蒸汽进行干燥，重复干燥冷却过程4次，得干燥木材。
对照例：传统蒸汽干燥木材的方法。
选取同一品种木头锯解为99mm（长）×50mm（宽）×30 mm（厚）的试样，分别采用本发明的干燥方法与对照例的干燥方法对试样木材进行干燥，记录干燥后木材的含水率；将样品接菌4周，观察受变色菌侵染后的发霉程度测试其防霉性能，测定结果见表1。
表1：
测试项目 实例1 实例2 实例3 对照例
处理后的木材含水率% 8 10 8 31~35
木材外观 无皱缩、开裂现象 无皱缩、开裂现象 无皱缩、开裂现象 出现皱缩、开裂现象
第28天木材发霉程度 轻微发霉，木材表面出现少量菌丝 轻微发霉，木材表面出现少量菌丝 轻微发霉，木材表面出现少量菌丝 重度发霉，木材内部出现菌丝
综合上述，本发明的木材干燥方法能高效的干燥木材且使木材具备一定的抗菌性，值得大力推广使用。

Claims (7)

1.一种木材干燥的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
取碳纳米管加入硫酸溶液和硝酸溶液，搅拌，升温至80~85℃，恒温保持5~6h，得混合物，将混合物加入至蒸馏水中，冷却至室温，用微孔滤膜过滤，取滤液，干燥，研磨，得表面功能化碳纳米管；
将表面功能化碳纳米管加入聚乙二醇200溶液和苯磺酸溶液，搅拌升温至70~90℃，反应4.5~5.5h，得混合物，冷却至室温，将混合物过滤，取滤渣，滤渣用蒸馏水洗涤2~3次，干燥，得改性复合碳纳米管，将改性复合碳纳米管加入至乙二醇溶液中，搅拌均匀，超声处理，得复合碳纳米管流体；
将醋酸锌溶于乙醇溶液中，得混合溶液A，再将氢氧化钠溶液加入混合溶液A中，反应，得混合溶液B，将混合溶液B于60~65℃恒温水浴振荡2~3h，得氧化锌溶胶；
（4）将钛酸四丁酯按质量比1：5加入至乙醇溶液中，反应，得反应溶液，用浓度为0.2mol/L的盐酸将反应溶液pH值调至2.0±0.2，搅拌，按体积比50：1向反应溶液中加入蒸馏水, 搅拌30~40min，得二氧化钛溶胶；
（5）按重量份数计，按质量份数计，取复合碳纳米管流体30~40份，氧化锌溶胶12~15份，二氧化钛溶胶25~30份，乙醇60~70份混合均匀，得木材浸润液；
（6）取刚砍伐的原木锯断成长度为90～100cm的木段，用长度为30cm的麻花钻从木段底部及顶部，各钻取2~3个孔，得预处理的木段，将预处理的木段完全浸入混合浸润液中浸润，取出浸润后木段干燥，重复浸润干燥过程4~5次，得处理后木段；
（7）将处理后木段置于高温高压饱和水蒸气发生器的钢质高压釜装置内，从木材底部通入蒸汽，进行木材干燥1~2h，关掉蒸汽阀，冷却至室温，重新通入蒸汽进行干燥，重复干燥冷却过程4~5次，得干燥木材。
2.根据权利要求1所述的木材干燥的方法，其特征在于，所述步骤（1）中碳纳米管与硫酸溶液和硝酸溶液的质量比为5：10：12；混合物与蒸馏水的质量比为1：50。
3.根据权利要求1所述的木材干燥的方法，其特征在于，所述步骤（2）中表面功能化碳纳米管与聚乙二醇200溶液和苯磺酸溶液的质量比为10：15：6；改性复合碳纳米管与乙二醇溶液的质量比为2：3。
4.根据权利要求1所述的木材干燥的方法，其特征在于，所述步骤（3）中醋酸锌与乙醇溶液的质量比为1：150；氢氧化钠溶液与混合溶液A的体积比为1：2。
5.根据权利要求1所述的木材干燥的方法，其特征在于，所述步骤（4）中钛酸四丁酯与乙醇溶液的质量比为1：5；反应溶液与蒸馏水的体积比为50：1。
6.根据权利要求1所述的木材干燥的方法，其特征在于，所述步骤（6）中原木为8~10年生短轮伐期原木木材；麻花钻所钻的孔直径为0.5~0.7cm。
7.根据权利要求1所述的木材干燥的方法，其特征在于，所述步骤（7）中蒸汽干燥条件为保持100~120℃、1.0~3.0 MPa。
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