CN109849136A - 天然木材改性液及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然木材改性液的制备方法，其步骤包括：将茶叶与莲蓬壳烘干至质量不变；采用植物粉碎机对绝干的茶叶与莲蓬壳进行粉碎；在水中加入茶叶碎、莲蓬壳碎后混合均匀，浸泡；升温加热处理；采用超声波进行超声提取处理，处理完毕过滤残渣得到天然木材改性液。并公开了该天然木材改性液及其在对木材进行改性中的应用。本发明以莲子加工废弃物莲蓬壳为原料天然无毒、废物利用。天然色素染色效果良好色牢度高，色彩稳定性好，颜色可调控。茶叶和莲蓬壳的天然弱碱性，在水热处理时能够有效降低木材内部糖分，改性速度快，染色及防腐防霉改性一步完成，显著提高改性效率，降低改性成本。

Description

天然木材改性液及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种天然木材改性液及其制备方法和应用。

背景技术

木材作为一种天然生物质材料，具有可降解、可再生以及轻质高强等优点，被广泛用于家具、户外木制品及建筑结构材料。作为生物质材料，由于含有糖分等营养物质，容易发生腐朽与霉变等缺陷，严重影响了木制品的品质与使用寿命。同时，部分木材原料外观色泽浅，纹理单调。因此，需通过相关改性处理以提高其质量及其加工性能。

目前，木材改性的方法有物理改性和化学改性等。通过改性可以改善木材防腐性能和外观质量。但传统改性中物理改性方法有水热处理、高温炭化等，存在能耗高、热处理各环节衔接处理困难等。化学改性的改性剂生产成本过高，一般由化工原料制备而成，在生产和使用环境对人体和环境具有毒性。

发明内容

本发明的目的是提供一种天然木材改性液的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种天然木材改性液的制备方法，其步骤包括：

(1)原料绝干：将茶叶与莲蓬壳烘干至质量不变；

(2)原料粉碎：采用植物粉碎机对绝干的茶叶与莲蓬壳进行粉碎；

(3)改性液配置：在水中加入茶叶碎、莲蓬壳碎后混合均匀，浸泡；升温到70-80℃，加热处理，质量比茶叶碎：莲蓬壳碎：水＝2：2：30-2：2：20；

(4)超声处理：采用超声波进行超声提取处理，处理完毕过滤残渣得到天然木材改性液。

优选的，步骤(3)中浸泡1-2h，加热处理时间为1-2h。

优选的，步骤(3)中升温速度为2-4℃/min。

优选的，步骤(4)中超声功率为250-300w，处理0.5-1小时。

上述的天然木材改性液的制备方法制得的天然木材改性液。

本发明还公开了天然木材改性液在对木材进行改性中的应用。

上述的应用，其步骤包括：

A木材预处理：以实木素板为基材，采用烘箱将素板干燥至绝干状态；

B升温处理：将绝干后的素板浸泡于改性液中，温度升至90-95℃；

C水热处理：保持改性液温度在90-100℃，水热处理1-1.5h；

D保温处理：将改性液温度降至60-70℃，进行保温，保温时间为4-5h；

E清洁与干燥处理：将水热处理后的木材取出，在清水中冲洗，洗去表面多余液体残留，然后进行干燥，干燥后含水率控制在10-14％，得到改性木材。

优选的，步骤B中升温速度为2-3℃/min。

优选的，步骤D中降温速度为2-3℃/min。

本发明的有益效果：

1)以莲子加工废弃物莲蓬壳为原料，制备木材改性剂，具有天然无毒、废物利用等优点。

2)茶叶以及莲蓬壳中天然色素染色效果良好，色彩为红棕色或红褐色，色牢度高，色彩稳定性好，不易褪色，同时能够实现木材颜色调控的作用，根据改性剂的浓度不同，达到木材不同染色效果。

3)茶叶和莲蓬壳的天然弱碱性，改性速度快，在水热处理时能够有效降低木材内部糖分，实现木材染色及防腐防霉改性的一步完成，提高了改性效率，降低了改性成本。

4)改性采用三段式处理，第一阶段采用缓慢升温的方式能够促使莲蓬壳中原花青素(C₃₀H₂₆O₁₃)溶出，提高改性液的染料浓度，同时还能有效防止茶叶中茶多酚(C₁₇H₁₉N_3O)过快氧化，影响后续改性颜色的均匀性。第二阶段水热处理阶段，用于将木材内部糖分和相关抽提物提取出来，提高木材防腐防霉性能，同时水热处理后的板材尺寸稳定性能显著提高。第三阶段保温阶段，提高木材的着色程度和着色均匀性。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。

实施例1

①以速生杨木为原料，素板初始含水率60％左右，经过烘箱干燥至绝干状态；

②绝干茶叶与莲蓬壳粉碎，采用植物粉碎机对绝干的茶叶与莲蓬壳进行粉碎，颗粒大小为60目；

③改性剂配置：首先按照质量比茶叶碎：莲蓬壳碎：水＝2：2：30进行混合；浸泡1h，然后慢慢进行加热，加热温度为70℃，升温时间为2℃/min，加热时间为1h，随后采用超声方式对改性剂进行处理，提高茶叶与莲蓬壳中色素在水中均匀分散，同时提高色素的提取率，超声处理功率为250w，处理时间为0.5小时；处理完毕过滤残渣即得改性液；

④木材水热处理，将绝干后的素板溶于改性剂中，进行改性处理，处理分为三段：第一升温阶段，以2℃/min的升温速度将温度升至95℃，第二阶段为水热处理阶段，处理时间为1h，第三阶段为保温阶段，以3℃/min的降温速度将温度降至70℃，进行保温，保温时间为5h；

⑤试件清洁与干燥处理，将水热处理后的试件在清水中冲洗，洗去表面多余液体残留，然后进行干燥，干燥后含水率控制在10-14％左右，即得到改性后速生杨木。

实施例2

①以速生杨木为原料，素板初始含水率60％左右，经过烘箱干燥至绝干状态；

②绝干茶叶与莲蓬壳粉碎，采用植物粉碎机对绝干的茶叶与莲蓬壳进行粉碎，颗粒大小为80目；

③改性剂配置：首先按照质量比茶叶碎：莲蓬壳碎：水＝2：2：20进行混合；浸泡2h，然后慢慢进行加热，加热温度为80℃，升温时间为4℃/min，加热时间为2h，随后采用超声方式对改性剂进行处理，提高茶叶与莲蓬壳中色素在水中均匀分散，同时提高色素的提取率，超声处理功率为300w，处理时间为1小时；处理完毕过滤残渣即得改性液；

④木材水热处理，将绝干后的素板溶于改性剂中，进行改性处理，处理分为三段：第一升温阶段，以3℃/min的升温速度将温度升至90℃，第二阶段为水热处理阶段，处理时间为1.5h，第三阶段为保温阶段，以2℃/min的降温速度将温度降至60℃，进行保温，保温时间为4h；

⑤试件清洁与干燥处理，将水热处理后的试件在清水中冲洗，洗去表面多余液体残留，然后进行干燥，干燥后含水率控制在10-14％左右，即得到改性后木材。

改性完毕后，采用木材表面颜色变化值、色差、色牢度、染透率以及防霉性能进行了测试。

表面颜色变化值采用CIELAB系统进行测试，L、a、b值分别代表一种颜色的亮度、红绿色度和黄青色度。染色处理前的木材颜色进行对照。颜色变化值越大，木材上染效果越好。

色差，即染色后木材表面任意两点不同位置的颜色差别。也采用CIELAB系统进行测试。色差值越小，染色均匀性越好。

色牢度测试，将试样放入90℃皂洗液中处理30min，皂洗液组成：皂片3g/L，无水Na₂CO₃ 2g/L，以皂液处理前试件颜色对照，差值越小说明其皂洗牢度越好。

染透率V＝L’/L×100％，L’为试件染色深度(mm)，L为试件厚度(mm)。

测试结果如表1。

表1：实施例1-2的检测数据

Claims (9)

1.一种天然木材改性液的制备方法，其步骤包括：

(1)原料绝干：将茶叶与莲蓬壳烘干至质量不变；

(2)原料粉碎：采用植物粉碎机对绝干的茶叶与莲蓬壳进行粉碎；

(3)改性液配置：在水中加入茶叶碎、莲蓬壳碎后混合均匀，浸泡；升温到70-80℃，加热处理，质量比茶叶碎：莲蓬壳碎：水＝2：2：30-2：2：20；

(4)超声处理：采用超声波进行超声提取处理，处理完毕过滤残渣得到天然木材改性液。

2.根据权利要求1所述的天然木材改性液的制备方法，其特征在于：步骤(3)中浸泡1-2h，加热处理时间为1-2h。

3.根据权利要求2所述的天然木材改性液的制备方法，其特征在于：步骤(3)中升温速度为2-4℃/min。

4.根据权利要求3所述的天然木材改性液的制备方法，其特征在于：步骤(4)中超声功率为250-300w，处理0.5-1小时。

5.权利要求1-4中任一项所述的天然木材改性液的制备方法制得的天然木材改性液。

6.天然木材改性液在对木材进行改性中的应用。

7.权利要求6所述的应用，其步骤包括：

A木材预处理：以实木素板为基材，采用烘箱将素板干燥至绝干状态；

B升温处理：将绝干后的素板浸泡于改性液中，温度升至90-95℃；

C水热处理：保持改性液温度在90-100℃，水热处理1-1.5h；

D保温处理：将改性液温度降至60-70℃，进行保温，保温时间为4-5h；

E清洁与干燥处理：将水热处理后的木材取出，在清水中冲洗，洗去表面多余液体残留，然后进行干燥，干燥后含水率控制在10-14％，得到改性木材。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：步骤B中升温速度为2-3℃/min。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：步骤D中降温速度为2-3℃/min。