CN110271068A - 一种提高木材强度和使用寿命的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高木材强度和使用寿命的处理方法，包括如下步骤：（1）清洗处理、（2）蒸汽爆破处理、（3）浸渍处理、（4）紫外线辐照处理、（5）油浸加热处理、（6）冷却处理。本发明提供了一种改善木材性能的处理方法，其工艺相对简单，利于推广应用，处理后的木材强度提升，耐腐耐潮性提高，使用稳定性增强，寿命有效延长，极具市场竞争力和使用价值。

Description

一种提高木材强度和使用寿命的处理方法
技术领域
本发明属于木材加工处理技术领域，具体涉及一种提高木材强度和使用寿命的处理方法。
背景技术
热改性木材是在高温(通常160～220℃)低氧含量环境中对木材进行热处理改性，热处理过程木材的主成分半纤维素、纤维素不同程度降解，木质素大分子重排，细胞壁中羟基减少，吸湿性能下降，木材的颜色加深，采用高温热处理方法生产的热改性木材既能改善木材的耐腐性能，又能提高木材的尺寸稳定性且不需要添加任何化学药剂，绿色环保(参见CN1868704)。经过热处理的针叶材主要用于室外景观及装饰材料，如户外家具，门，窗及木质装饰墙等，而热处理阔叶材可以用于室内地板，浴室装饰，镶板材料等。
目前的热处理方法采用过热蒸汽或氮气作为保护气体，防止木材在处理过程中过度氧化降解或燃烧，也有在真空中隔绝氧气加热木材的真空热改性处理方法(参见CN101224593)。采用热处理方法能有效提高其尺寸稳定性和耐腐性，但所得的热改性木材抗弯强度和冲击韧性明显下降，如在200℃处理3小时，橡胶树木材的抗弯强度损失达30％，木材变脆，生产木制品过程中榫卯易断裂，只适合板式结构的木制品，很难用于传统榫卯结构家具，大大限制热改性处理木材的使用范围，且导致生产过程中损耗较大。
发明专利CN201110008771.1公开了一种采用油棕油热改性木材的方法，其利用油棕油对木材进行油浴处理，方法是将加热到150℃~180℃的油棕油注入木材处理罐中，待木材内部温度达到150℃时，以30℃/h的速度升温至200℃~215℃，处理时间为0.5~3h。该技术利用油浴热处理技术，改善了木材的吸湿性，并能保证处理后木材的力学性能损失减少，保护了木材的力学强度。克服了上述方案的处理弊端。但此技术处理后的木材稳定性不高，放置或使用一段时间后油液易渗入到木材内部，降低了木材的强度、稳定性、使用寿命等，影响正常使用。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提高木材强度和使用寿命的处理方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种提高木材强度和使用寿命的处理方法，包括如下步骤：
（1）清洗处理：将待处理的木材放入到碱液中浸泡处理15~20min，完成后取出用清水冲洗至中性后备用；
（2）蒸汽爆破处理：将步骤（1）处理后的木材放入到蒸汽爆破罐内进行蒸汽爆破处理，完成后将木材取出后备用；
（3）浸渍处理：将步骤（2）处理后的木材放入到浸渍处理液内，同时施加超声波处理，1~1.5h后将木材取出备用；所述的浸渍处理液由如下重量份的物质组成：5~7份纳米氧化锌、8~10份硅烷偶联剂、3~6份十二烷基三甲基溴化铵、120~130份水；
（4）紫外线辐照处理：将步骤（3）处理后的木材放入到紫外线发生装置内进行紫外线辐照处理，8~12min后将木材取出备用；
（5）油浸加热处理：将步骤（4）处理后的木材堆垛固定后放入到密闭处理罐内，然后通过阀门向密闭处理罐内注入高温油棕油，保证油棕油完全浸没木材，实时监测木材温度，待木材温度升至200~220℃后，维持此温度保温处理1~2h后将木材取出备用；
（6）冷却处理：对步骤（5）处理后的木材进行冷却处理，将其降至室温后即可。
进一步的，步骤（1）中所述的碱液为质量分数是7~10%的氢氧化钠水溶液。
进一步的，步骤（2）中所述的蒸汽爆破处理具体操作是：先向蒸汽爆破罐内通入温度为100~105℃的水蒸气，然后对罐内进行增压处理，保持罐内压力为2.0~2.4MPa，保温保压处理4~5min后，再于30s内将蒸汽爆破罐内卸至常温常压即可。
进一步的，步骤（3）中所述的超声波处理时控制超声波的频率为80~90kHz。
进一步的，步骤（3）中所述的纳米氧化锌的颗粒大小为10~35nm；所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570中的任意一种。
进一步的，步骤（4）中所述的紫外线辐照处理时控制紫外线发生装置内的辐照功率为1300~1500W，控制紫外线的波长为280~300nm。
进一步的，步骤（5）中所述的高温油棕油的温度为180~190℃，当油棕油完全浸没木材后，再对油棕油进行加热升温处理，升温的速度控制不大于20℃/h。
进一步的，步骤（6）中所述的冷却处理是通过喷涂雾化水来降低木材的温度，控制降温的速度不大于75℃/h。
本发明同样使用油棕油对木材进行热浸处理，但对具体的工艺步骤进行了优化调整，有效的改善了木材的使用品质。其中先对木材进行了蒸汽爆破处理，利用高温水蒸气和高压，以及快速卸温卸压的处理，有效的松散了木材的表层纤维结构，为后续的处理奠定了基础；接着进行了浸渍处理，将木材置于浸渍处理液中，在超声波的协助作用下，纳米氧化锌、硅烷偶联剂等成分经过前序步骤蒸汽爆破处理所打开的表层通道渗入到木材的表层内部，实现了物质填充操作，之后进行了紫外线辐照处理，在紫外线的作用下，纳米氧化锌、木质纤维表面的基团发生改变，再经由硅烷偶联剂的作用，两者间通过化学连接方式固定，保证了处理的稳定性，最后进行了油浸和冷却处理，使得油棕油很好的浸入于木材内，并且因前序步骤纳米氧化锌的存在，保证了油性成分稳固于木材的表层组织内，大幅降低了其向内部渗入的速率，提升了油浸处理的持久性效果，此外因填充了纳米氧化锌，木材的力学品质也得到了一定程度的加强。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明提供了一种改善木材性能的处理方法，其工艺相对简单，利于推广应用，处理后的木材强度提升，耐腐耐潮性提高，使用稳定性增强，寿命有效延长，极具市场竞争力和使用价值。
具体实施方式
实施例1
一种提高木材强度和使用寿命的处理方法，包括如下步骤：
（1）清洗处理：将待处理的木材放入到碱液中浸泡处理15min，完成后取出用清水冲洗至中性后备用；
（2）蒸汽爆破处理：将步骤（1）处理后的木材放入到蒸汽爆破罐内进行蒸汽爆破处理，完成后将木材取出后备用；
（3）浸渍处理：将步骤（2）处理后的木材放入到浸渍处理液内，同时施加超声波处理，1h后将木材取出备用；所述的浸渍处理液由如下重量份的物质组成：5份纳米氧化锌、8份硅烷偶联剂、3份十二烷基三甲基溴化铵、120份水；
（4）紫外线辐照处理：将步骤（3）处理后的木材放入到紫外线发生装置内进行紫外线辐照处理，8min后将木材取出备用；
（5）油浸加热处理：将步骤（4）处理后的木材堆垛固定后放入到密闭处理罐内，然后通过阀门向密闭处理罐内注入高温油棕油，保证油棕油完全浸没木材，实时监测木材温度，待木材温度升至200℃后，维持此温度保温处理1h后将木材取出备用；
（6）冷却处理：对步骤（5）处理后的木材进行冷却处理，将其降至室温后即可。
进一步的，步骤（1）中所述的碱液为质量分数是7%的氢氧化钠水溶液。
进一步的，步骤（2）中所述的蒸汽爆破处理具体操作是：先向蒸汽爆破罐内通入温度为100℃的水蒸气，然后对罐内进行增压处理，保持罐内压力为2.0MPa，保温保压处理4min后，再于30s内将蒸汽爆破罐内卸至常温常压即可。
进一步的，步骤（3）中所述的超声波处理时控制超声波的频率为80kHz。
进一步的，步骤（3）中所述的纳米氧化锌的颗粒大小为10~35nm；所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550。
进一步的，步骤（4）中所述的紫外线辐照处理时控制紫外线发生装置内的辐照功率为1300W，控制紫外线的波长为280~300nm。
进一步的，步骤（5）中所述的高温油棕油的温度为180℃，当油棕油完全浸没木材后，再对油棕油进行加热升温处理，升温的速度控制为20℃/h。
进一步的，步骤（6）中所述的冷却处理是通过喷涂雾化水来降低木材的温度，控制降温的速度为75℃/h。
实施例2
一种提高木材强度和使用寿命的处理方法，包括如下步骤：
（1）清洗处理：将待处理的木材放入到碱液中浸泡处理18min，完成后取出用清水冲洗至中性后备用；
（2）蒸汽爆破处理：将步骤（1）处理后的木材放入到蒸汽爆破罐内进行蒸汽爆破处理，完成后将木材取出后备用；
（3）浸渍处理：将步骤（2）处理后的木材放入到浸渍处理液内，同时施加超声波处理，1.3h后将木材取出备用；所述的浸渍处理液由如下重量份的物质组成：6份纳米氧化锌、9份硅烷偶联剂、5份十二烷基三甲基溴化铵、125份水；
（4）紫外线辐照处理：将步骤（3）处理后的木材放入到紫外线发生装置内进行紫外线辐照处理，10min后将木材取出备用；
（5）油浸加热处理：将步骤（4）处理后的木材堆垛固定后放入到密闭处理罐内，然后通过阀门向密闭处理罐内注入高温油棕油，保证油棕油完全浸没木材，实时监测木材温度，待木材温度升至210℃后，维持此温度保温处理1.5h后将木材取出备用；
（6）冷却处理：对步骤（5）处理后的木材进行冷却处理，将其降至室温后即可。
进一步的，步骤（1）中所述的碱液为质量分数是9%的氢氧化钠水溶液。
进一步的，步骤（2）中所述的蒸汽爆破处理具体操作是：先向蒸汽爆破罐内通入温度为103℃的水蒸气，然后对罐内进行增压处理，保持罐内压力为2.2MPa，保温保压处理4.5min后，再于30s内将蒸汽爆破罐内卸至常温常压即可。
进一步的，步骤（3）中所述的超声波处理时控制超声波的频率为85kHz。
进一步的，步骤（3）中所述的纳米氧化锌的颗粒大小为10~35nm；所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh560。
进一步的，步骤（4）中所述的紫外线辐照处理时控制紫外线发生装置内的辐照功率为1400W，控制紫外线的波长为280~300nm。
进一步的，步骤（5）中所述的高温油棕油的温度为185℃，当油棕油完全浸没木材后，再对油棕油进行加热升温处理，升温的速度控制为18℃/h。
进一步的，步骤（6）中所述的冷却处理是通过喷涂雾化水来降低木材的温度，控制降温的速度为65℃/h。
实施例3
一种提高木材强度和使用寿命的处理方法，包括如下步骤：
（1）清洗处理：将待处理的木材放入到碱液中浸泡处理20min，完成后取出用清水冲洗至中性后备用；
（2）蒸汽爆破处理：将步骤（1）处理后的木材放入到蒸汽爆破罐内进行蒸汽爆破处理，完成后将木材取出后备用；
（3）浸渍处理：将步骤（2）处理后的木材放入到浸渍处理液内，同时施加超声波处理，1.5h后将木材取出备用；所述的浸渍处理液由如下重量份的物质组成：7份纳米氧化锌、10份硅烷偶联剂、6份十二烷基三甲基溴化铵、130份水；
（4）紫外线辐照处理：将步骤（3）处理后的木材放入到紫外线发生装置内进行紫外线辐照处理，12min后将木材取出备用；
（5）油浸加热处理：将步骤（4）处理后的木材堆垛固定后放入到密闭处理罐内，然后通过阀门向密闭处理罐内注入高温油棕油，保证油棕油完全浸没木材，实时监测木材温度，待木材温度升至220℃后，维持此温度保温处理2h后将木材取出备用；
（6）冷却处理：对步骤（5）处理后的木材进行冷却处理，将其降至室温后即可。
进一步的，步骤（1）中所述的碱液为质量分数是10%的氢氧化钠水溶液。
进一步的，步骤（2）中所述的蒸汽爆破处理具体操作是：先向蒸汽爆破罐内通入温度为105℃的水蒸气，然后对罐内进行增压处理，保持罐内压力为2.4MPa，保温保压处理5min后，再于30s内将蒸汽爆破罐内卸至常温常压即可。
进一步的，步骤（3）中所述的超声波处理时控制超声波的频率为90kHz。
进一步的，步骤（3）中所述的纳米氧化锌的颗粒大小为10~35nm；所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh570。
进一步的，步骤（4）中所述的紫外线辐照处理时控制紫外线发生装置内的辐照功率为1500W，控制紫外线的波长为280~300nm。
进一步的，步骤（5）中所述的高温油棕油的温度为190℃，当油棕油完全浸没木材后，再对油棕油进行加热升温处理，升温的速度控制为15℃/h。
进一步的，步骤（6）中所述的冷却处理是通过喷涂雾化水来降低木材的温度，控制降温的速度为60℃/h。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例2相比，省去了步骤（3）浸渍处理操作，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，省去了步骤（4）紫外线辐照处理操作，除此外的方法步骤均相同。
对照组
发明专利CN201110008771.1公开的一种采用油棕油热改性木材的方法（具体选用170℃油棕油进行热改性处理，处理时长为3h）。
为了对比本发明效果，选用橡胶木作为实验对象，分别用上述实施例2、对比实施例1、对比实施例2、对照组对应的方法进行处理，完成后对橡胶木进行性能测试，具体对比数据如下表1所示：
表1
注：上表1中所述的静置处理前是指对刚处理后的橡胶木板材进行对应性能测试；所述的静置处理后是指将刚处理后的橡胶木板材放入到自然条件下静置1年后再进行对应性能测试；所述的抗弯强度参照GB1936.1-91进行测试；所述的吸水厚度膨胀率参照GB11718.3进行测试；所述的防霉被害值参照行业标准JC/T2039-2010进行测试。
由上表1可以看出，本发明方法处理后的木材在强度、耐潮、防霉性能上均得到了明显的加强处理，并且经过静置老化后，处理的效果仍能达到较好的水平，表明本发明方法处理的稳定性和持久性极好，非常具有市场竞争力和经济效益。

Claims (8)

1.一种提高木材强度和使用寿命的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）清洗处理：将待处理的木材放入到碱液中浸泡处理15~20min，完成后取出用清水冲洗至中性后备用；
（2）蒸汽爆破处理：将步骤（1）处理后的木材放入到蒸汽爆破罐内进行蒸汽爆破处理，完成后将木材取出后备用；
（3）浸渍处理：将步骤（2）处理后的木材放入到浸渍处理液内，同时施加超声波处理，1~1.5h后将木材取出备用；所述的浸渍处理液由如下重量份的物质组成：5~7份纳米氧化锌、8~10份硅烷偶联剂、3~6份十二烷基三甲基溴化铵、120~130份水；
（4）紫外线辐照处理：将步骤（3）处理后的木材放入到紫外线发生装置内进行紫外线辐照处理，8~12min后将木材取出备用；
（5）油浸加热处理：将步骤（4）处理后的木材堆垛固定后放入到密闭处理罐内，然后通过阀门向密闭处理罐内注入高温油棕油，保证油棕油完全浸没木材，实时监测木材温度，待木材温度升至200~220℃后，维持此温度保温处理1~2h后将木材取出备用；
（6）冷却处理：对步骤（5）处理后的木材进行冷却处理，将其降至室温后即可。
2.根据权利要求1所述的一种提高木材强度和使用寿命的处理方法，其特征在于，步骤（1）中所述的碱液为质量分数是7~10%的氢氧化钠水溶液。
3.根据权利要求1所述的一种提高木材强度和使用寿命的处理方法，其特征在于，步骤（2）中所述的蒸汽爆破处理具体操作是：先向蒸汽爆破罐内通入温度为100~105℃的水蒸气，然后对罐内进行增压处理，保持罐内压力为2.0~2.4MPa，保温保压处理4~5min后，再于30s内将蒸汽爆破罐内卸至常温常压即可。
4.根据权利要求1所述的一种提高木材强度和使用寿命的处理方法，其特征在于，步骤（3）中所述的超声波处理时控制超声波的频率为80~90kHz。
5.根据权利要求1所述的一种提高木材强度和使用寿命的处理方法，其特征在于，步骤（3）中所述的纳米氧化锌的颗粒大小为10~35nm；所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种提高木材强度和使用寿命的处理方法，其特征在于，步骤（4）中所述的紫外线辐照处理时控制紫外线发生装置内的辐照功率为1300~1500W，控制紫外线的波长为280~300nm。
7.根据权利要求1所述的一种提高木材强度和使用寿命的处理方法，其特征在于，步骤（5）中所述的高温油棕油的温度为180~190℃，当油棕油完全浸没木材后，再对油棕油进行加热升温处理，升温的速度控制不大于20℃/h。
8.根据权利要求1所述的一种提高木材强度和使用寿命的处理方法，其特征在于，步骤（6）中所述的冷却处理是通过喷涂雾化水来降低木材的温度，控制降温的速度不大于75℃/h。
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