CN110405884B - 一种制备仿古木质材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备仿古木质材料的方法，包括以下几个步骤：去除木材原有色素、合成变色改性液、木材改性处理以及木材干燥以及陈放。本发明具有以下有益效果：这种方法可实现木质材料由内至外全变色，以便于对木质材料加工成任意结构以及形状。

Description

一种制备仿古木质材料的方法
技术领域
本发明涉及木材加工技术领域，特别涉及一种制备仿古木质材料的方法。
背景技术
古代建筑、家具多是由木质结构构成，其主要的材料为木材，这些木质结构产品因为经过长时间的使用，存在不同程度的损坏，需要进行修缮。如果对用于修缮的木材不进行仿古处理，会导致修缮部位产生极大的反差，进而影响其效果。
而现有木材做旧主要采用在木质材料表面涂布有高锰酸钾、油漆等方法进行处理，现有方法处理时间长，工艺复杂，成本较高，且处理后的木材表面较脏，需进行反复擦拭才可进行后期工艺处理。需特别说明的是，现有技术通过在木材表面制得一层仿古涂层，而未深入至木材内层。由于工人在对木材进行后期处理以制得符合修缮部位的产品时，会采用削、刨等加工方法对木材进行处理，以至于位于木材表层的仿古涂层受到损坏。因此，实属必要研发出一种可使木质材料由内而外进行全变色的仿古木质材料，以便于后期供工人加工成任意结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备仿古木质材料的方法，这种方法可实现木质材料由内至外全变色，以便于对木质材料加工成任意结构以及形状。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种制备仿古木质材料的方法，包括以下步骤：
步骤1：去除木材原有色素：将木材放入含有氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中进行恒温浸泡，并将浸泡后的木材洗净后再放入双氧水中进行恒温浸泡，然后用湿布将表面擦净；
步骤2：合成变色改性液：将按重量份数计的40-60份甲醛、20-30份尿素、15-20份六偏磷酸钠、2-4份硬脂酸以及10-15份高锰酸钾加入反应釜内，打开搅拌装置并对其加热，待上述原料完全溶解后通入冷凝水以使反应在70-80℃下进行，反应4h，反应结束后将反应物的PH值调节至中性；
步骤3：木材改性处理：将步骤2中合成的变色改性液置于加压浸渍罐中，并将步骤1中处理完毕的木材浸没在变色改性液中，其浸渍压力为0.5-0.8MPa，浸渍时间为45min；
步骤4：木材干燥以及陈放：步骤3经木材改性处理完毕后的木材放置于压力为0.38-0.45MPa，干燥温度为120℃，时间为100-110h条件下进行干燥处理，并将干燥后的仿古木材陈放3-10天。
本发明进一步设置为：所述步骤1中的混合溶液中的氢氧化钠浓度为2.0-2.5mol/L，亚硫酸钠浓度为0.35-0.45mol/L；混合溶液的温度范围为90-105℃，且在该温度范围内浸泡10-12小时。
本发明进一步设置为：所述步骤1种的双氧水浓度为1.8-2.5mol/L，且在温度范围为90-105℃的双氧水中浸泡2.5-3.5小时。
本发明进一步设置为：所述步骤2中可采用不使高锰酸钾变色的乙酸以及氨水对变色改性液进行调节ph至中性。
本发明进一步设置为：还包括步骤5：γ射线高能辐射：将步骤4种干燥且陈放后的仿古木材通过γ射线辐射仪进行高能辐射，其辐射剂量为3×107-3×108rad范围内，使仿古木材的吸湿性降低且材色变深。
综上所述，本发明具有以下有益效果：通过步骤1中将木质材料中的色素分离出来，使得经过处理后的木质材料失去原有的色彩，使其变成一张白纸一样更易上色。同时，利用氢氧化钠和亚硫酸钠去除木质材料中的木质素。由于木材细胞壁主要由纤维素、半纤维素和木质素三种成分组成，同时木材细胞壁中的微纤丝之间填充有半纤维素和木质素，但由于填充不完全，微纤丝之间存在许多纳米级的孔隙。而步骤1中通过去除木质素，可对诸多孔隙进行扩大，以当木材细胞壁充分润胀时，这些孔隙能够打开并允许小颗粒物质进入。而在木材干燥过程中，这些孔隙会逐渐皱缩，使得小颗粒物质存储至细胞壁内。
由于变色改性液是一种多氨基、羟基的反应型活性分子，同时由于加入高锰酸钾使得变色改性液的颜色适用于制造仿古木材，并在浸泡的过程中变色改性液可填充至上述空隙内，通过惰性填充于木材细胞壁内，充胀细胞壁，从而提高木材堆积密度，最终提高木材性能。此外，浸渍在木材内部后变色改性液与木材分子间氢键结合并在步骤3中的高温干燥过程中不仅仅导致孔隙的皱缩，以至于变色改性液留存于细胞壁中并使木材具有仿古色。此外，变色改性液还与木材上的羟基等活性基团发生化学交联反应，与木材内部组分之间形成较强的结合，协同作用增强木材细胞壁。需特别说明的是:硬脂酸为催化剂在体系内进行使用，且高锰酸钾均不会与体系内的其他组分进行反应，但由于六偏磷酸钠为分散剂，可助力于高锰酸钾更好充斥于各细胞壁的空隙内，具有协同作用。
γ射线对木材的穿透能力较强，木材吸收高能射线后会产生激发分子，离子化分子或自由基，如纤维素自由基等。而当γ辐射剂量达到107-108rad时，木材的吸湿性下降，从而避免细胞壁的孔隙在充胀情况下再次打开，以便于对木质材料加工成任意结构以及形状。
具体实施方式
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例一：
步骤1：将长度×宽度×厚度为50mm×50mm×40mm的杉木放入氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中恒温浸泡，并将浸泡后的杉木洗净后放入双氧水中恒温浸泡，后用湿布将表面擦净；
步骤2：按重量份数计的40份甲醛、20份尿素、15份六偏磷酸钠、2份硬脂酸以及10份高锰酸钾加入反应釜内，打开搅拌装置并对其加热，待上述原料完全溶解后通入冷凝水以使反应在70℃下进行，反应4h，反应结束后将反应物的PH值调节至中性；
步骤3：将步骤2中合成的变色改性液置于加压浸渍罐中，并将步骤1中处理完毕的木材浸没在变色改性液中，其浸渍压力为0.5MPa，浸渍时间为45min；
步骤4：步骤3经木材改性处理完毕后的木材放置于压力为0.38MPa，干燥温度为120℃，时间为100h条件下进行干燥处理，并将干燥后的仿古木材陈放3天；
步骤5：将步骤4种干燥且陈放后的仿古木材通过γ射线辐射仪进行高能辐射，其辐射剂量为3×107rad，使仿古木材的吸湿性降低且材色变深。
其中，步骤1中的混合溶液中的氢氧化钠浓度为2.0mol/L，亚硫酸钠浓度为0.35mol/L；混合溶液的温度范围为90℃，且在该温度范围内浸泡10小时。
其中，步骤1中的双氧水浓度为1.8mol/L，且在温度范围为90℃的双氧水中浸泡2.5小时。
其中，步骤2中可采用不使高锰酸钾变色的乙酸以及氨水对变色改性液进行调节ph至中性。
实施例二：
步骤1：将长度×宽度×厚度为50mm×50mm×40mm的杉木放入氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中恒温浸泡，并将浸泡后的杉木洗净后放入双氧水中恒温浸泡，后用湿布将表面擦净；
步骤2：按重量份数计的50份甲醛、25份尿素、17.5份六偏磷酸钠、3份硬脂酸以及12.5份高锰酸钾加入反应釜内，打开搅拌装置并对其加热，待上述原料完全溶解后通入冷凝水以使反应在75℃下进行，反应4h，反应结束后将反应物的PH值调节至中性；
步骤3：将步骤2中合成的变色改性液置于加压浸渍罐中，并将步骤1中处理完毕的木材浸没在变色改性液中，其浸渍压力为0.65MPa，浸渍时间为45min；
步骤4：步骤3经木材改性处理完毕后的木材放置于压力为0.415MPa，干燥温度为120℃，时间为105h条件下进行干燥处理，并将干燥后的仿古木材陈放6.5天；
步骤5：将步骤4种干燥且陈放后的仿古木材通过γ射线辐射仪进行高能辐射，其辐射剂量为8×107rad，使仿古木材的吸湿性降低且材色变深。
其中，步骤1中的混合溶液中的氢氧化钠浓度为2.25mol/L，亚硫酸钠浓度为0.40mol/L；混合溶液的温度范围为97.5℃，且在该温度范围内浸泡11小时。
其中，步骤1种的双氧水浓度为2.15mol/L，且在温度范围为97.5℃的双氧水中浸泡3.0小时。
其中，步骤2中可采用不使高锰酸钾变色的乙酸以及氨水对变色改性液进行调节ph至中性。
实施例三：
步骤1：将长度×宽度×厚度为50mm×50mm×40mm的杉木放入氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中恒温浸泡，并将浸泡后的杉木洗净后放入双氧水中恒温浸泡，后用湿布将表面擦净；
步骤2：按重量份数计的60份甲醛、30份尿素、20份六偏磷酸钠、4份硬脂酸以及15份高锰酸钾加入反应釜内，打开搅拌装置并对其加热，待上述原料完全溶解后通入冷凝水以使反应在80℃下进行，反应4h，反应结束后将反应物的PH值调节至中性；
步骤3：将步骤2中合成的变色改性液置于加压浸渍罐中，并将步骤1中处理完毕的木材浸没在变色改性液中，其浸渍压力为0.8MPa，浸渍时间为45min；
步骤4：步骤3经木材改性处理完毕后的木材放置于压力为0.45MPa，干燥温度为120℃，时间为110h条件下进行干燥处理，并将干燥后的仿古木材陈放10天；
步骤5：将步骤4种干燥且陈放后的仿古木材通过γ射线辐射仪进行高能辐射，其辐射剂量为3×108rad，使仿古木材的吸湿性降低且材色变深。
其中，步骤1中的混合溶液中的氢氧化钠浓度为2.5mol/L，亚硫酸钠浓度为0.45mol/L；混合溶液的温度范围为105℃，且在该温度范围内浸泡12小时。
其中，步骤1种的双氧水浓度为2.5mol/L，且在温度范围为105℃的双氧水中浸泡3.5小时。
其中，步骤2中可采用不使高锰酸钾变色的乙酸以及氨水对变色改性液进行调节ph至中性。
对比例：
与实施例2不同之处在于：不采用步骤5对仿古木材进行γ射线高能辐射。
色度检测参照：GB/T31430-2015《中国传统色色名及色度特征》对仿古处理后的杉木进行测定。
表1木材色度检测试验
Figure GDA0002573266560000071

Claims (5)

1.一种制备仿古木质材料的方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：去除木材原有色素：将木材放入含有氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中进行恒温浸泡，并将浸泡后的木材洗净后再放入双氧水中进行恒温浸泡，然后用湿布将表面擦净；
步骤2：合成变色改性液：将按重量份数计的40-60份甲醛、20-30份尿素、15-20份六偏磷酸钠、2-4份硬脂酸以及10-15份高锰酸钾加入反应釜内，打开搅拌装置并对其加热，待上述原料完全溶解后通入冷凝水以使反应在70-80℃下进行，反应4h，反应结束后将反应物的PH值调节至中性；
步骤3：木材改性处理：将步骤2中合成的变色改性液置于加压浸渍罐中，并将步骤1中处理完毕的木材浸没在变色改性液中，其浸渍压力为0.5-0.8MPa，浸渍时间为45min；
步骤4：木材干燥以及陈放：步骤3经木材改性处理完毕后的木材放置于压力为0.38-0.45MPa，干燥温度为120℃，时间为100-110h条件下进行干燥处理，并将干燥后的仿古木材陈放3-10天。
2.根据权利要求1所述的一种制备仿古木质材料的方法，其特征是：所述步骤1中的混合溶液中的氢氧化钠浓度为2.0-2.5mol/L，亚硫酸钠浓度为0.35-0.45mol/L；混合溶液的温度范围为90-105℃，且在该温度范围内浸泡10-12小时。
3.根据权利要求2所述的一种制备仿古木质材料的方法，其特征是：所述步骤1中的双氧水浓度为1.8-2.5mol/L，且在温度范围为90-105℃的双氧水中浸泡2.5-3.5小时。
4.根据权利要求3所述的一种制备仿古木质材料的方法，其特征是：所述步骤2中采用不使高锰酸钾变色的乙酸以及氨水对变色改性液进行调节ph至中性。
5.根据权利要求1所述的一种制备仿古木质材料的方法，其特征是：还包括步骤5：
γ射线高能辐射：将步骤4种干燥且陈放后的仿古木材通过γ射线辐射仪进行高能辐射，其辐射剂量为3×107-3×108rad范围内，使仿古木材的吸湿性降低且材色变深。
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