CN108943232A - 速生材硅溶胶浸渍改性和过热蒸汽处理组合改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种速生材硅溶胶浸渍改性和过热蒸汽处理组合改性方法，包括以下步骤：1）过热蒸汽预处理；2）干燥；3）硅溶胶浸渍改性；4）静置养生。优点：1）提高速生材的渗透性，改善浸渍效果以及改性液浸注的均匀性，同时增加木材的尺寸稳定性；2）浸渍性和渗透性较好，充分的提高木材的力学强度；3）采用分段式加温干燥方式，防止被改性材发生开裂和内外干燥不均的情况。

Description

速生材硅溶胶浸渍改性和过热蒸汽处理组合改性方法
技术领域
本发明是一种速生材硅溶胶浸渍改性和过热蒸汽处理组合改性方法，属于木材改性领域。
背景技术
家具行业是木材消耗大户，由于这些天然林木较长的生长周期，造成天然林木的市场供应量难以满足市场需求，价格非常昂贵。为了实现可持续发展并缓解市场严峻的供需矛盾，家具业迫切需要对速生丰产林进行改性处理以满足家具生产的需要。速生材普遍存在材质松软、力学性能差、易变性等问题，如何改善速生材的材性特征使其更适合于家具生产，针对家具用材又需要将速生材进行哪些改性、如何改性显得至关重要。硅溶胶拥有无机有机产品性能的多重功效，无臭、无毒，且不影响被覆盖物的颜色，因此广泛应用于工业和制造业；同时，对速生材进行过热蒸汽预处理，可以有效提高木材的渗透性，提高浸渍改性液的浸渍效果，更好的进行低质木材的功能性改良。
发明内容
本发明提出的是一种速生材硅溶胶浸渍改性和过热蒸汽处理组合改性方法，其目的在于克服现有速生材材质松软、力学性能差、易变性等缺陷，提供一种可以提高速生材粘结性、渗透性，降低木材的吸湿性，同时增强速生材的尺寸稳定性的组合改性方法。
本发明的技术解决方案：一种速生材硅溶胶浸渍改性和过热蒸汽处理组合改性方法，包括以下步骤：
1）过热蒸汽预处理；
2）干燥；
3）硅溶胶浸渍改性；
4）静置养生。
本发明的优点：
1）提高速生材的渗透性，改善浸渍效果以及改性液浸注的均匀性，同时增加木材的尺寸稳定性；
2）浸渍性和渗透性较好，充分的提高木材的力学强度；
3）采用分段式加温干燥方式，防止被改性材发生开裂和内外干燥不均的情况。
具体实施方式
速生材硅溶胶浸渍改性和过热蒸汽处理组合改性方法，包括以下步骤：
1）过热蒸汽预处理；
2）干燥；
3）硅溶胶浸渍改性；
4）静置养生。
所述步骤1）过热蒸汽预处理：在100℃-140℃的温度下，对速生材进行过热蒸汽处理1-3h，获得过热蒸汽预处理材。
所述步骤2）干燥：将预处理后的速生材进一步干燥，干燥后的速生材含水率控制在1.0%-3.0%以内。
所述步骤3）硅溶胶浸渍改性，包括以下工艺步骤：
（1）前真空阶段，将待处理材放入加压浸渍罐中，检查密封，开启真空泵，对罐内抽真空至-0.04--0.08MPa，待达到一定压力后关闭真空泵，保持10-30min；
（2）保持真空状态下，以硅溶胶为浸渍改性液，加入3%-5%的烷基酚聚氧乙烯醚，在前真空形成的压力差作用下使浸渍改性液进入浸渍罐，确保待改性材完全浸入浸渍改性液中；
（3）当浸渍改性液完全进入罐体后，打开空压机，并打开加气阀，向罐体内加压至0.8-1.2MPa，保持1-3min；
（4）卸压，打开罐体通气阀和排液泵利用浸渍改性液自身重力和压力作用将浸渍罐中的浸渍改性液排出；
（5）全部浸渍改性液排出罐体以后，关闭所有阀门，打开真空泵，对罐体内木材抽真空到-0.08MPa，保持20min。
优选的，所述浸渍改性液为粘度为2.0-2.5cP，固含量为20-30%，pH值为10.00±0.5的硅溶胶。
优选的，所述硅溶胶的粘度为2.10cP，固含量为26.01%，pH值为10.00。
所述步骤4）静置养生：打开罐门，将改性材简单冲洗，取出改性后的速生材，放于阴凉通风处静置养生，对改性材采用分段式加温干燥方式是浸渍使浸注液固化。
本发明的改性机理如下：
（1）过热蒸汽处理后的木材不仅渗透性得到提高，其他物理性能也得到了改善。过热蒸汽预处理中高温蒸汽对木材造成的持续性压力会破坏木材内部细胞壁上的纹孔膜，从而使得液体分子能够更顺利的穿过纹孔，进入细胞间隙和细胞腔内，木材的渗透性得到提高；处理后的木材可以有效缩短纤维饱和点以上阶段的干燥时间，降低干缩比，提高含水率的均匀度；过热蒸汽处理加热过程中会使木材中纤维素和半纤维素的游离羟基发生交联等反应，减少了亲水基的数量，降低了木材的吸湿性，因而增强了木材的尺寸稳定性；同时，过热蒸汽预处理可以有效打通木材内水分流动通道，增大气体流量率；可以改善木材渗透性。
（2）硅溶胶是微细二氧化硅颗粒在水中形成的稳定分散体系，又名硅酸溶液，拥有无机有机产品性能的多重功效，广泛应用于工业和制造业。外观多呈淡青色，较高浓度的硅溶胶呈胶状，可稳定分散在水或有机溶剂中。硅溶胶具有很多优良的物化性质。具有较大的比表面积和吸附能力。此外，硅溶胶不仅具有良好的渗透性和粘结性。硅溶胶可以与水以任意比例混合，一般水能渗透的地方都能渗透，当作为浸渍改性液时具有很好的浸渍性和渗透性；硅溶胶浸注到木材后，当水分蒸发后，硅溶胶内部的胶体粒子可以牢固地附着在木材结构中，粒子间形成硅氧结合，会产生较大的粘结性。硅溶胶浸渍改性材具有良好的抗流失性，确保了硅溶胶改性材性能的稳定性和耐久性。
加入一定量的烷基酚聚氧乙烯醚，它化学稳定性高，耐强酸、强碱，具有很好的的润湿力、渗透力、去污力和较强的乳化力。另外具有的低泡性、抗静电性、抗硬水性以及良好的配伍性，也是其广泛使用的优良性能，有助于提高速生材的渗透性，增强硅溶胶的分散性。
（3）试验中采用加压浸注设备，以真空-加压复合处理工艺对木材进行浸渍处理。借助外部的压力，在木材内外形成一定的压力差，从而使浸渍改性液更好的浸注到木材内部。真空阶段通过抽取木材内部的空气以减少浸渍改性液浸注时的阻力，使得更多的浸渍改性液浸注到木材内部，同时也防止木材内存在较多空气造成泄压时将浸渍改性液再次反冲出来，影响浸渍效果。加压阶段向罐体内加压到一定压力并保持一段时间，主要是为了使浸渍改性液充分浸注到木材内部由于后真空会使一些浸渍改性液反冲出木材，使得罐体内又出现少量的浸渍改性液，为节约成本，应进行再次排液，打开罐体通气阀，打开排液泵，将剩余浸渍改性液排出。
实施例1
（1）在温度为120℃条件下，对木材进行过热蒸汽处理2h，获得过热蒸汽预处理材；
（2）将预处理后的材料进一步干燥，干燥后的木材含水率控制在2.0%；
（3）试验中采用加压浸注设备，以真空-加压复合处理工艺对木材进行浸渍处理。前真空阶段，将待处理材放入加压浸渍罐中，检查密封，开启真空泵，对罐内抽真空到一定压力至-0.08MPa，待达到一定压力后关闭真空泵，保持20min；
（4）保持真空状态下，以硅溶胶为浸渍改性液，加入3%的烷基酚聚氧乙烯醚，硅溶胶的粘度为2.10cP，固含量为26.01%，pH值为10.00。在前真空形成的压力差作用下使浸渍改性液进入浸渍罐，确保待改性材可以完全浸入浸渍改性液中；
（5）当浸渍改性液完全进入罐体后，打开空压机，并打开加气阀，向罐体内加压至1.0MPa，保持1min；
（6）待卸压以后，打开罐体通气阀和排液泵利用浸渍改性液自身重力和压力作用将浸渍罐中的浸渍改性液排出；
（7）待全部浸渍改性液排出罐体以后，关闭所有阀门，打开真空泵，对罐体内木材抽真空到-0.08MPa，保持20min；
（8）打开罐门，将改性材简单冲洗，取出改性材，放于阴凉通风处静置养生，对改性材采用分段式加温干燥方式是浸渍使浸注液固化。
实施例2
（1）在温度为120℃条件下，对木材进行过热蒸汽处理3h，获得过热蒸汽预处理材；
（2）将预处理后的材料进一步干燥，干燥后的木材含水率控制在1.0%；
（3）试验中采用加压浸注设备，以真空-加压复合处理工艺对木材进行浸渍处理。前真空阶段，将待处理材放入加压浸渍罐中，检查密封，开启真空泵，对罐内抽真空到一定压力至-0.08MPa，待达到一定压力后关闭真空泵，保持10min；
（4）保持真空状态下，以硅溶胶为浸渍改性液，加入5%的烷基酚聚氧乙烯醚，硅溶胶的粘度为2.0cP，固含量为20%，pH值为9.95。在前真空形成的压力差作用下使浸渍改性液进入浸渍罐，确保待改性材可以完全浸入浸渍改性液中；
（5）当浸渍改性液完全进入罐体后，打开空压机，并打开加气阀，向罐体内加压至1.2MPa，保持3min；
（6）待卸压以后，打开罐体通气阀和排液泵利用浸渍改性液自身重力和压力作用将浸渍罐中的浸渍改性液排出；
（7）待全部浸渍改性液排出罐体以后，关闭所有阀门，打开真空泵，对罐体内木材抽真空到-0.08MPa，保持20min；
（8）打开罐门，将改性材简单冲洗，取出改性材，放于阴凉通风处静置养生，对改性材采用分段式加温干燥方式是浸渍使浸注液固化。
实施例3
（1）在温度为140℃条件下，对木材进行过热蒸汽处理1h，获得过热蒸汽预处理材；
（2）将预处理后的材料进一步干燥，干燥后的木材含水率控制在2.5%；
（3）试验中采用加压浸注设备，以真空-加压复合处理工艺对木材进行浸渍处理。前真空阶段，将待处理材放入加压浸渍罐中，检查密封，开启真空泵，对罐内抽真空到一定压力至-0.04MPa，待达到一定压力后关闭真空泵，保持20min；
（4）保持真空状态下，以硅溶胶为浸渍改性液，加入4%的烷基酚聚氧乙烯醚，硅溶胶的粘度为2.5cP，固含量为30%，pH值为10.05。在前真空形成的压力差作用下使浸渍改性液进入浸渍罐，确保待改性材可以完全浸入浸渍改性液中；
（5）当浸渍改性液完全进入罐体后，打开空压机，并打开加气阀，向罐体内加压至1.2MPa，保持2min；
（6）待卸压以后，打开罐体通气阀和排液泵利用浸渍改性液自身重力和压力作用将浸渍罐中的浸渍改性液排出；
（7）待全部浸渍改性液排出罐体以后，关闭所有阀门，打开真空泵，对罐体内木材抽真空到-0.08MPa，保持20min；
（8）打开罐门，将改性材简单冲洗，取出改性材，放于阴凉通风处静置养生，对改性材采用分段式加温干燥方式是浸渍使浸注液固化。
实施例4
（1）在温度为100℃条件下，对木材进行过热蒸汽处理3h，获得过热蒸汽预处理材；
（2）将预处理后的材料进一步干燥，干燥后的木材含水率控制在0.5%；
（3）试验中采用加压浸注设备，以真空-加压复合处理工艺对木材进行浸渍处理。前真空阶段，将待处理材放入加压浸渍罐中，检查密封，开启真空泵，对罐内抽真空到一定压力至-0.06MPa，待达到一定压力后关闭真空泵，保持20min；
（4）保持真空状态下，以硅溶胶为浸渍改性液，加入5%的烷基酚聚氧乙烯醚，硅溶胶的粘度为2.10 cP，固含量为26.01%，pH值为10.00。在前真空形成的压力差作用下使浸渍改性液进入浸渍罐，确保待改性材可以完全浸入浸渍改性液中；
（5）当浸渍改性液完全进入罐体后，打开空压机，并打开加气阀，向罐体内加压至0.8MPa，保持3min；
（6）待卸压以后，打开罐体通气阀和排液泵利用浸渍改性液自身重力和压力作用将浸渍罐中的浸渍改性液排出；
（7）待全部浸渍改性液排出罐体以后，关闭所有阀门，打开真空泵，对罐体内木材抽真空到-0.08MPa，保持20min；
（8）打开罐门，将改性材简单冲洗，取出改性材，放于阴凉通风处静置养生，对改性材采用分段式加温干燥方式是浸渍使浸注液固化。
实施例5
（1）在温度为120℃条件下，对木材进行过热蒸汽处理2h，获得过热蒸汽预处理材；
（2）将预处理后的材料进一步干燥，干燥后的木材含水率控制在2.0%；
（3）试验中采用加压浸注设备，以真空-加压复合处理工艺对木材进行浸渍处理。前真空阶段，将待处理材放入加压浸渍罐中，检查密封，开启真空泵，对罐内抽真空到一定压力至-0.04MPa，待达到一定压力后关闭真空泵，保持30min；
（4）保持真空状态下，以硅溶胶为浸渍改性液，加入3%的烷基酚聚氧乙烯醚，硅溶胶的粘度为2.10 cP，固含量为26.01%，pH值为10.00。在前真空形成的压力差作用下使浸渍改性液进入浸渍罐，确保待改性材可以完全浸入浸渍改性液中；
（5）当浸渍改性液完全进入罐体后，打开空压机，并打开加气阀，向罐体内加压至1.0MPa，保持3min；
（6）待卸压以后，打开罐体通气阀和排液泵利用浸渍改性液自身重力和压力作用将浸渍罐中的浸渍改性液排出；
（7）待全部浸渍改性液排出罐体以后，关闭所有阀门，打开真空泵，对罐体内木材抽真空到-0.08MPa，保持20min；
（8）打开罐门，将改性材简单冲洗，取出改性材，放于阴凉通风处静置养生，对改性材采用分段式加温干燥方式是浸渍使浸注液固化。
实施例6
（1）在温度为140℃条件下，对木材进行过热蒸汽处理2h，获得过热蒸汽预处理材；
（2）将预处理后的材料进一步干燥，干燥后的木材含水率控制在1.0%；
（3）试验中采用加压浸注设备，以真空-加压复合处理工艺对木材进行浸渍处理。前真空阶段，将待处理材放入加压浸渍罐中，检查密封，开启真空泵，对罐内抽真空到一定压力至-0.06MPa，待达到一定压力后关闭真空泵，保持30min；
（4）保持真空状态下，以硅溶胶为浸渍改性液，加入3%的烷基酚聚氧乙烯醚，硅溶胶的粘度为2.10 cP，固含量为26.01%，pH值为10.00。在前真空形成的压力差作用下使浸渍改性液进入浸渍罐，确保待改性材可以完全浸入浸渍改性液中；
（5）当浸渍改性液完全进入罐体后，打开空压机，并打开加气阀，向罐体内加压至1.2MPa，保持1min；
（6）待卸压以后，打开罐体通气阀和排液泵利用浸渍改性液自身重力和压力作用将浸渍罐中的浸渍改性液排出；
（7）待全部浸渍改性液排出罐体以后，关闭所有阀门，打开真空泵，对罐体内木材抽真空到-0.08MPa，保持20min；
（8）打开罐门，将改性材简单冲洗，取出改性材，放于阴凉通风处静置养生，对改性材采用分段式加温干燥方式是浸渍使浸注液固化。
实施例7
（1）在温度为100℃条件下，对木材进行过热蒸汽处理1h，获得过热蒸汽预处理材；
（2）将预处理后的材料进一步干燥，干燥后的木材含水率控制在3.0%；
（3）试验中采用加压浸注设备，以真空-加压复合处理工艺对木材进行浸渍处理。前真空阶段，将待处理材放入加压浸渍罐中，检查密封，开启真空泵，对罐内抽真空到一定压力至-0.08MPa，待达到一定压力后关闭真空泵，保持30min；
（4）保持真空状态下，以硅溶胶为浸渍改性液，加入5%的烷基酚聚氧乙烯醚，硅溶胶的粘度为2.10 cP，固含量为26.01%，pH值为10.00。在前真空形成的压力差作用下使浸渍改性液进入浸渍罐，确保待改性材可以完全浸入浸渍改性液中；
（5）当浸渍改性液完全进入罐体后，打开空压机，并打开加气阀，向罐体内加压至0.8MPa，保持2min；
（6）待卸压以后，打开罐体通气阀和排液泵利用浸渍改性液自身重力和压力作用将浸渍罐中的浸渍改性液排出；
（7）待全部浸渍改性液排出罐体以后，关闭所有阀门，打开真空泵，对罐体内木材抽真空到-0.08MPa，保持20min；
（8）打开罐门，将改性材简单冲洗，取出改性材，放于阴凉通风处静置养生，对改性材采用分段式加温干燥方式是浸渍使浸注液固化。

Claims (7)

1.速生材硅溶胶浸渍改性和过热蒸汽处理组合改性方法，其特征是包括以下步骤：
（1）过热蒸汽预处理；
（2）干燥；
（3）硅溶胶浸渍改性；
（4）静置养生。
2.根据权利要求1所述的速生材硅溶胶浸渍改性和过热蒸汽处理组合改性方法，其特征是所述步骤（1）过热蒸汽预处理包括：在100℃-140℃的温度下，对速生材进行过热蒸汽处理1-3h，获得过热蒸汽预处理材。
3.根据权利要求1所述的速生材硅溶胶浸渍改性和过热蒸汽处理组合改性方法，其特征是所述步骤（2）干燥包括：对预处理后的过热蒸汽预处理材进行干燥，干燥后的速生材含水率为1.0%-3.0%。
4.根据权利要求1所述的速生材硅溶胶浸渍改性和过热蒸汽处理组合改性方法，其特征是所述步骤（3）硅溶胶浸渍改性，包括以下工艺步骤：
1）前真空阶段，将待处理的速生材放入加压浸渍罐中，检查密封，开启真空泵，罐内抽真空至-0.04~0.08MPa，关闭真空泵，保持10-30min；
2）保持真空状态下，以硅溶胶为浸渍改性液，加入3%-5%的烷基酚聚氧乙烯醚，在前真空形成的压力差作用下使浸渍改性液进入浸渍罐，将待改性材完全浸入浸渍改性液中；
3）当浸渍改性液完全进入罐体后，打开空压机，并打开加气阀，向罐体内加压至0.8-1.2MPa，保持1-3min；
4）卸压，打开罐体通气阀和排液泵，利用浸渍改性液自身重力和压力作用将浸渍罐中的浸渍改性液排出；
5）全部浸渍改性液排出罐体以后，关闭所有阀门，打开真空泵，对罐体内速生材抽真空到-0.08MPa，保持20min。
5.根据权利要求4所述的速生材硅溶胶浸渍改性和过热蒸汽处理组合改性方法，其特征是所述浸渍改性液为粘度为2.0-2.5cP，固含量为20-30%，pH值为10.00±0.5的硅溶胶。
6.根据权利要求5所述的速生材硅溶胶浸渍改性和过热蒸汽处理组合改性方法，其特征是所述硅溶胶的粘度为2.10cP，固含量为26.01%，pH值为10.00。
7.根据权利要求1所述的速生材硅溶胶浸渍改性和过热蒸汽处理组合改性方法，其特征是所述步骤（4）静置养生：打开罐门，用水冲洗改性后的速生材，取出改性后的速生材，放于阴凉通风处静置养生，对改性材采用分段式加温干燥方式浸渍使浸注液固化。
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