CN110914029A

CN110914029A - 强韧结构木质材料及其制造方法和用途

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Publication number: CN110914029A
Application number: CN201880037695.7A
Authority: CN
Inventors: 胡良兵; 祝名伟; 宋建伟
Original assignee: University of Maryland at College Park
Current assignee: University of Maryland at College Park
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2020-03-24
Anticipated expiration: 2038-04-09
Also published as: WO2018191181A1; CN115503066B; CA3059729A1; KR20230128403A; US20200223091A1; EP3609661A1; KR102571255B1; EP4389379A2; AU2018250802B2; CN115503066A; AU2018250802A1; US11554514B2; US20230166427A1; EP3609661A4; JP2020516497A; JP2023093543A; KR20200016838A; EP3609661C0; CN110914029B; EP3609661B1

Abstract

一种超强韧致密化木质结构，由以下方法形成：对纤维素基天然木质材料进行从其中部分地去除木质素的化学处理。经处理的木材保留了天然木材的管腔，其中，细胞壁的纤维素纳米纤维排列整齐。然后，在与管腔延伸方向交叉的方向上按压经处理的木材，使得管腔塌陷以及木材内的任何残余液体被去除。结果是，细胞壁交错在一起，相邻的纤维素纳米纤维之间形成氢键，从而提供了木材的强度和韧性等力学性能。通过进一步改良、操纵或加工致密化木材，它可适合于各种应用。

Description

强韧结构木质材料及其制造方法和用途

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年4月10提交的美国临时专利申请62/483,828和2018年2月7日提交的美国临时专利申请62/627,6000的权益，其在此通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明一般涉及天然木质结构，更具体地涉及对天然木材进行化学处理和按压，以具有增强的强度和韧性，以及包含该强韧木质材料的结构和装置。

发明内容

所公开主题的实施方案提供了一种强韧木质结构，其是通过化学处理纤维素基天然木质材料以从其中部分去除木质素形成的。经处理的木材保留了天然木材的管腔(lumina)，其中，细胞壁的纤维素纳米纤维排列整齐。然后，在与管腔延伸方向(例如，具有与管腔延伸的方向垂直的力分量)交叉的方向上按压经处理的木材，使得管腔塌陷，并且木材内的任何残余液体被去除。结果是，细胞壁交错在一起，相邻的纤维素纳米纤维之间形成有氢键，从而提高了木材的强度和韧性等力学性能。通过进一步改良、操纵或加工被按压的经化学处理的木材，它可适合于各种结构应用。

在一个或多个实施方案中，一种结构，包括：第一天然木材片，所述第一天然木材片已被化学处理以从其中部分去除木质素，同时又基本上保留了纤维素基管腔的结构，然后再在与管腔延伸方向交叉的第一方向上进行按压，使得所述管腔至少部分塌陷。

在一个或多个实施方案中，一种方法，包括用化学溶液处理天然木材片以便部分除去其中的木质素，同时保留了纤维素基管腔的结构，所述管腔在第一方向延伸。所述方法还可包括：处理后，在与第一方向交叉的第二方向上按压经化学处理的木材为时第一时间，使得管腔至少部分塌陷。

在一个或多个实施方案中，一种结构，包括致密化木材片，其中，管腔完全塌陷，在截面视图中，管腔的细胞壁之间无任何空隙。

在一个或多个实施方案中，一种层压板，包括多个致密化木材片。在横截面视图中，每个致密化木材片可具有至少部分塌陷的管腔。所述管腔在各个延伸方向上延伸。至少一些所述致密化木材片的延伸方向彼此相交。所述层压板中的多个致密化木材片连接在一起。

当结合附图考虑时，所公开主题的实施方案的目的和优点通过以下描述将变得显而易见。

附图说明

下文将参考附图来描述实施方案，附图不一定是按比例绘制的。在适用的情况下，为了辅助说明和描述基本特征，可以简化或不说明一些元件。在所有附图中，相同的参考数字表示相同的元件。

图1是根据所公开主题的一个或多个实施方案的制造强韧木质结构的示例性流程图。

图2A是根据所公开主题的一个或多个实施方案的经化学处理以从其中部分地除去木质素的天然木材片的简化示意图。

图2B是根据所公开主题的一个或多个实施方案的按压后的图2A的经化学处理的木材的简化示意图。

图3A是未去除任何木质素情况下的天然木材片的简化图。

图3B是按压后的图3A的天然木材的简化图。

图3C是未去除任何木质素的天然木材在与树木生长方向垂直的方向上的横截面的扫描电子显微镜(SEM)图像。

图3D是未去除任何木质素的天然木材在与树木生长方向平行的方向上的纵截面的SEM图像。

图3E是按压后的天然木材在与树木生长方垂直的方向上的横截面的SEM图像。

图3F是按压后的天然木材在与树木生长方向平行的方向上的纵向截面的SEM图像。

图4A是根据所公开主题的一个或多个实施方式的经化学处理以从其中部分去除木质素的天然木材片的简化图。

图4B是根据所公开主题的一个或多个实施方式的图4A的经化学处理的木材在按压后的简化图。

图4C是根据所公开主题的一个或多个实施方式的经化学处理的木材被按压后在垂直于树木生长方向的方向上的横截面的SEM图像。

图4D是根据所公开主题的一个或多个实施方式的经化学处理的木材被按压后在与树木生长方向平行的方向上的纵截面的SEM图像。

图4E是根据所公开主题的一个或多个实施方式的图4D的区域410的放大SEM图像。

图4F是示出根据所公开主题的一个或多个实施方式的经化学处理的木材的交错的细胞壁的纤维素纳米纤维之间的氢键的示意图。

图5A是根据所公开主题的一个或多个实施方式的被按压的、经化学处理的木材的所得密度值随木质素含量变化的图。

图5B是根据所公开主题的一个或多个实施方式的针对不同木质素含量的被按压的、经化学处理的木材的应力-应变曲线图。

图5C是经过化学处理以去除所有木质素后的被按压木材在与树木生长方向平行的方向上的纵向截面的SEM图像。

图6A是根据所公开主题的一个或多个实施方式的被涂覆的被按压、经化学处理的木材片的简化图。

图6B是各种结构材料的最大工作温度与拉伸强度的曲线图。

图7A是根据所公开主题的一个或多个实施方式的经化学处理的其表面具有多个纳米粒子的木材的简化图。

图7B是根据所公开主题的一个或多个实施方式的图7C的木材在按压后的简化图。

图7C是根据所公开主题的一个或多个实施方式的经化学处理的具有纳米颗粒的木材的管腔内表面在按压前的SEM图像。

图7D是根据所公开主题的一个或多个实施方式的图7C的区域720的放大SEM图像。

图8A是根据所公开主题的一个或多个实施方式的形成强韧木材的示例性工艺的简化示意图。

图8B是根据本公开主题的一个或多个实施方式的采用旋转切割形成强韧木材的示例性工艺的简化示意图。

图8C是根据所公开主题的一个或多个实施方式的由天然木材的空心柱体形成强韧木材的示例性工艺的简化示意图。

图8D是根据所公开主题的一个或多个实施方式的由天然木材的实心柱体形成强韧木材的示例性工艺的简化示意图。

图8E是根据本公开主题的一个或多个实施方式的由天然木材的实心柱体形成强韧木材的另一示例性工艺的简化示意图。

图9A是根据所公开主题的一个或多个实施方式的用于弯曲被按压的、经化学处理的木材的装置的简化示意图。

图9B是根据本公开主题的一个或多个实施方式的被按压的经化学处理的木材的示例性弯曲件的图像。

图9C是根据本公开主题的一个或多个实施方式的被按压的经化学处理的木材的另一示例性弯曲件的简化示意图。

图9D是根据本公开主题的一个或多个实施方式的用于加工被按压的、经化学处理的木材的装置的简化示意图。

图9E是根据本公开主题的一个或多个实施方式的被按压的、经化学处理的木材的示例性机械加工件的图像。

图10A是根据所公开的主题的一个或多个实施方式的由强韧木材制造层压板结构的示例性工艺的流程图。

图10B根据所公开的主题的一个或多个实施方式的由强韧木材制造层压板结构的另一示例性工艺的流程图。

图11A是根据所公开主题的一个或多个实施方式的用于形成层压板结构的经化学处理的木材片的布置的简化示意图。

图11B是根据所公开主题的一个或多个实施方式的由图11A的木材片形成的层压板结构的简化示意图。

图11C是根据所公开主题的一个或多个实施方式的由图11B的经化学处理的木材片形成的多层层压板结构的简化示意图。

图11D是根据所公开主题的一个或多个实施方式的用于形成层压板结构的经化学处理的木材片的另一布置的简化示意图。

图11E是根据所公开的主题的一个或多个实施方式的由图11D的木材片形成的层压板结构的简化示意图。

图11F是根据所公开主题的一个或多个实施方式的由图11E的经化学处理的木材片形成的多层层压板结构的简化示意图。

图12A是根据本公开主题的一个或多个实施方式的由木材碎片制造强韧木质层压板的示例性工艺的简化示意图。

图12B是根据所公开主题的一个或多个实施方式的由木材碎片和木质板材制造强韧木质层压板的示例性工艺的简化示意图。

具体实施方案

天然木材是一种内嵌在木质素(20wt％～35wt％)的基质中的纤维素纳米纤维与半纤维素(20wt％～30wt％)的复合物。纤维素，木材中的主要成分(40wt％～50wt％)，具有比大多数金属、复合物和许多陶瓷更高的比模量和比强度。天然木材还具有独特的含有多个通道的三维立体多孔结构300，包括沿木材生长方向306延伸的管腔302(例如，横截面尺寸为20-80μm的管状通道)，如图3A所示。天然木材300中的细胞壁304主要由纤维素、半纤维素和木质素构成，这三种成分彼此交织，形成强韧壁结构，如图3C和3D的SEM图像所示。

在所公开主题的实施方式中，对天然木材进行化学处理。化学处理会导致天然木材中的木质素和半纤维素的含量大大降低，但纤维素含量则适度降低。通过从细胞壁304中部分去除木质素/半纤维素，木材变得更加多孔，但刚性减弱。化学处理后，在与纤维素基结构延伸的方向(即，在树木生长且天然木材的管腔延伸的方向)垂直的方向上按压木材。与处理和按压前的天然木材相比，被按压的、经化学处理的木材(即致密化木材)的至少强度和韧性有所提高。此外，为了形成混合型结构，还可以在按压前或按压后向木材中添加额外的材料。所添加的材料能增加天然木材不具备的功能性，例如，通过提供疏水性或耐火性，同时化学处理和按压后的致密化木材的力学性能得到提高。

如本文所使用，致密化木材是指已经经过本文所述的化学处理和按压工艺的天然木材(或者其它天然存在的纤维植物，如竹子)，其中，化学工艺部分地去除木质素和半纤维素，按压工艺可至少部分地使经化学处理的木材的管腔塌陷(优选完全塌陷)，从而提高木材的力学性能。术语木材片和结构在本文中可交换使用，是指一种特殊的板、棍、带、棒、块、膜、薄膜或任何其他形状。实际上，在一些情况下，具有塌陷管腔的被按压的、经化学处理的木质结构简称为致密化木材或强韧木材。在一些实施方式中，致密化木质薄膜被认为是薄的，即，其厚度小于与厚度方向垂直的平面上的尺寸，例如，按压后，厚度小于200μm。

首先参考图1，示出了形成和使用致密化木材的一般工艺100。工艺100可以从102开始，其中，提供了一天然木材片，例如，通过从现有的树木(或其他植物)或天然木材块进行切割。例如，图3A示出了已被切割成矩形的天然木材片300，尽管也可以是其他起始形状，例如但不限于圆柱形或空心圆柱形。天然木材300具有独特的三维立体结构，其中，管腔302沿树木生长的方向306延伸。管腔302被主要由纤维素构成的细胞壁304限定。图3C和3E是扫描电子显微镜(SEM)图像，示出了天然木材300的形态和微观结构。

天然木材可以是任何类型的硬木或软木，如，但不限于，椴木、橡木、杨木、白蜡木、桤木、山杨木、轻木、山毛榉木、桦木、樱桃木、胡桃木、栗子木、黄檀木、榆木、山核桃木、枫木、栎木、紫檀木、李子木、核桃木、柳木、黄杨木、水松木、雪松木、柏木、道格拉斯冷杉木、冷杉木、铁杉、落叶松木、松木、红木、云杉木、北美落叶松木、杜松木和紫杉木。在一些实施方式中，天然木材可以是天然存在的纤维植物，而不是竹子等的树木。

切割102后，工艺100进行至104，其中，为了从其中部分(不是全部)去除木质素，用化学溶液处理天然木材片300。在真空下进行处理104，以便促使化学溶液完全渗入天然木材的细胞壁和管腔中。进行处理以去除初始天然木材中1％至99％(重量百分含量)的木质素，同时保留天然木材中的至少一些纤维素。例如，化学处理后，可保留天然木材中至少20％、至少40％、至少60％或至少90％(重量百分含量)的纤维素，而天然木材中5％至95％的木质素则被去除。在一些实施方式中，去除了天然木材中23％至60％的木质素。例如，化学处理后，可保留天然木材中55％(即，去除了45％)的木质素。

化学溶液可包括制浆或纸浆漂白中使用的化学品，并且可包括NaOH、NaOH/Na₂S、NaHSO₃+SO₂+H₂O、NaHSO₃、NaHSO₃+Na₂SO₃、NaOH+Na₂SO₃、Na₂SO₃、NaOH+AQ、NaOH/Na₂S+AQ、NaHSO₃+SO₂+H₂O+AQ、NaOH+Na₂SO₃+AQ、NaHSO₃+AQ、NaHSO₃+Na₂SO₃+AQ、Na₂SO₃+AQ、NaOH+Na₂S+Na₂S_n、Na₂SO₃+NaOH+CH₃OH+AQ、CH₃OH、C₂H₅OH、C₂H₅OH+NaOH、C₄H₉OH、HCOOH、CH₃COOH、CH₃OH+HCOOH、C₄H₈O₂、NH₃.H₂O、p-TsOH、H₂O₂、NaClO、NaClO₂+醋酸、ClO₂和Cl₂中的至少一者，其中n为整数，AQ为蒽醌。

在106，确定是否已经从天然木材中去除了足够的木质素。如上文所述，去除了1％至99％的木质素，最终量取决于所需的用于具体应用的致密化木材的力学性能。木质素的去除量取决于浸泡时间，浸泡时间的范围为短至0.1小时至超过72小时，例如，0.5小时至1小时。根据所需的木质素的去除量，除了调整浸泡时间或代替调整浸泡时间以外，还可以调整化学溶液的温度。在一些实施方式中，化学溶液可以是沸腾的，与未沸腾的溶液相比，沸腾会影响更多的木质素的量。在一些实施方式中，化学溶液的pH值可以呈碱性。例如，化学溶液可以是2.5M NaOH与0.4M Na₂SO₃的沸腾溶液，浸泡时间可为0.5-7小时。

一旦通过104的处理已经去除了充足的木质素，则进行工艺100以任选地冲洗经处理的木材片。冲洗可包括将经处理的木材片浸泡在溶剂中，如但不限于去离子(DI)水。在一些实施方式中，溶剂可以在升高的温度下，如沸腾。冲洗可有效地去除经处理的木材片内的任何残余化学溶液和/或有效地去除木材通过该处理除去的任意组分。在一些实施方式中，需要保留所去除的木材组分，在这种情况下，冲洗可省略。

冲洗后(或在无冲洗时结束处理104后)，工艺100可任选地进行至108，其中，经化学处理的木材经受按压前改良。例如，任选的改良108可包括在经化学处理的木材的表面形成或附着非原生颗粒。这种表面可包括经化学处理的木材的内表面(如，内衬管腔的细胞壁)和外表面。经化学处理的木材的表面所含的非原生颗粒可使最终的致密化木材具有某些优越性能，如疏水性、耐候性、耐腐蚀性(如，耐盐水性)和/或耐火性等。例如，在一实施方式中，在经化学处理的木材的表面形有疏水性纳米颗粒(如，SiO₂纳米颗粒)，如参考图7A-7E进一步所述。

可替换地或另外地，任选的改良108可包括将聚合物添加至经化学处理的木材中或进行改良经化学处理的木材表面的进一步的化学处理以获得优越的性能。例如，提供疏水性能的108的进一步的化学处理可包括环氧树脂、硅烷油、聚氨酯、石蜡乳液、醋酸酐、十八烷基三氯硅烷(OTS)、1H、1H、2H、2H全氟癸基三乙氧基硅烷、氟树脂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、甲基丙烯酰氧基甲基三甲基硅烷(MSi)、多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)、甲基硅酸钾(PMS)、十二烷基(三甲氧基硅烷(DTMS)、六甲基二硅氧烷、二甲基二乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷，甲基三氯硅烷，乙基三甲氧基硅烷，甲基三乙氧基硅烷，三甲基氯硅烷，苯基三甲氧基硅烷，苯基三乙氧基硅烷，丙基三甲氧基硅烷，聚甲基丙烯酸甲酯，聚二烯丙基二甲基氯化铵(polyDADMAC)，甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅基)丙酯(MPS，疏水性硬脂酸、两亲性氟化三嵌段叠氮化合物共聚物、偏聚氟乙烯和氟化硅烷、n-十二烷基三甲氧基硅烷和十二烷基硫酸钠中至少一者。

例如，提供耐候性或耐腐蚀性的108中的进一步的化学处理可包括二甲基二硫代氨基甲酸铜(CDDC)、铜氨(胺)季铵盐(ACQ，ammoniacal copper quaternary)、铬化砷酸铜(CCA)、氨铜锌砷酸盐(ACZA)、环烷酸铜、酸性铬酸铜、柠檬酸铜、铜唑、8-羟基喹啉铜、五氯酚、环烷酸锌、环烷酸铜、杂酚油、二氧化钛、丙环唑、戊唑醇，环唑醇、硼酸、硼砂、有机碘化物(IPBC)和Na₂B₈O₁₃·4H₂O中至少一者。

在任选的改良108后，工艺100可以进行至110，其中，在与管腔延伸的方向交叉的方向上按压经化学处理的木材。例如，按压110可以在与管腔延伸的方向基本垂直的方向上，或者按压110可具有与管腔延伸的方向垂直的力分量。按压110能减少木材的厚度，从而增加其密度，以及去除木材横截面内的任何孔洞或空隙。例如，按压110可在0.5MPa至10MPa之间(如5MPa)的压力下进行。在一些实施方式中，可在室温下进行按压(如，冷按压)，而在其他实施方式中，可在升高的温度下进行按压(如，热按压)。例如，可在20℃与120℃之间的温度(如，100℃)下进行按压。

可在无中间干燥步骤的情况下在处理104和/或任何可选存在的改良108之后进行按压110。结果，经化学处理的木材可保留其中的水分。因此，按压110可以去除保留在经化学处理的木材内的任何水分，以及减少木材的厚度和增加木材的密度。在按压110期间，在木材的细胞壁的剩余纤维素基纳米纤维之间可形成有氢键，从而提高木材的力学性能。而且，按压后，仍保留了在改良108期间形成在木材表面或木材内的任何颗粒或材料，内表面上的颗粒/材料嵌在塌陷的管腔内并与细胞壁交错。

进行按压110一段时间以去除水分并形成所需的氢键。例如，经化学处理的木材在压力下被保持至少5分钟，尽管根据木材的温度、相对湿度和类型等因素保持其他时间也是可能的。例如，经化学处理的木材在压力下保持至少1小时、至少12小时、至少24小时或至少48小时。

图2A示出了经化学处理的木材块200，其中，管腔202沿方向206延伸，壁204由沿方向206整齐排列的纤维素基纳米纤维构成。在与延伸方向206交叉的方向上对块200进行按压208，形成了图2B的致密化木材结构210。作为按压的结果，管腔202可以完全塌陷，如212处所示，细胞壁204互相交错。进行按压，使得按压后的块210的厚度W₂比块200的厚度W₁减少至少10％。例如，与块200的厚度W₁相比，厚度W₂可减少超过60％、70％或80％。例如，按压可导致1.1:1至10:1的压缩比。

按压110后，该工艺可任选地进行至112，其中，对现在致密化的木材进行后按压改良。例如，任选存在的改良112可包括在致密化的木材的外表面形成或附着(例如，非原生颗粒)涂层。涂层可使致密化木材具有某些优越性能，疏水性、耐候性、耐腐蚀性(例如，耐盐水性)和/或耐火性。例如，涂层可包括油基涂料、疏水性涂料、聚合物涂层或耐火涂层。

在一实施方式中，致密化木材的外表面可以形成有纳米颗粒(例如，BN纳米颗粒)的耐火涂层，如下文参考图6A-6B进一步所述。可替代地或另外地，改良112中的涂层可包括氮化硼、蒙脱石粘土、水滑石、二氧化硅(SiO₂)、硅酸钠、碳酸钙(CaCO₃)、氢氧化铝(Al(OH)₃)、氢氧化镁(Mg(OH)₂)、碳酸镁(MgCO₃)、硫酸铝、硫酸铁、硼酸锌、硼酸、硼砂、磷酸三苯酯(TPP)、三聚氰胺、聚氨酯、聚磷酸铵；磷酸盐、亚磷酸酯、磷酸铵、硫酸铵、膦酸盐(酯)、磷酸二铵(DAP)、磷酸二氢铵、磷酸一铵(MAP)、磷酸脒基脲(GUP)、磷酸二氢胍和五氧化二锑中的至少一者。

在任选存在的改良112之后，该工艺100可任选地进行至114，其中，可以制备致密化木材以共最终使用，例如，通过加工或操作来改变致密化木材的结构或形状。加工工艺可包括但大不限于切割(例如，锯)、钻凿、木材车削、攻丝、钻孔、雕刻、布线、打磨、磨削和滚磨。操作工艺包括但不限于弯曲、模制和其他成形技术。

在任选存在的加工或操作114后，工艺100可进行至116，其中，致密化木材可用在具体用途中。由于力学性能得到了提高，致密化木材可应用于多种结构和用途。例如，致密化木材可适用于以下：

·汽车、卡车、摩托车、火车、飞机、船艇、航天器、船舶或任何其他交通工具、运载工具或运输工具的外部部件(如，车身板、门板、车顶、保险杠、地板、车顶、装饰板、桅杆等)、内部结构部件(如，底盘、车架轨道、横梁、机身框架、翼框等)或内部部件(如门板、衬垫、把手、栏杆、地板、座椅、饰件、储物箱或架子等)；

·住宅、办公室、谷仓工厂、仓库、塔楼或任何其他建筑物或结构的外部部件(如，外墙、壁板、屋顶、百叶窗等)、内部结构部件(如，框架、墙骨、墙板、过梁、横梁、承重梁、地板下等)或内部部件(如，门、门框、窗框、画框、墙、地板、嵌板、天花板、装饰、楼梯、栏杆等)；

·甲板、雨篷、船坞、露台、桥梁、柱子、看台或平台的结构部件；

·家具(如，椅子、长凳、书桌、桌子、橱柜、衣柜、台面等)或其内部结构部件(如，沙发或椅子的框架、床架等)或家居装饰；

·乐器(如，钢琴、吉他、小提琴、竖琴、古筝、鼓等)、体育器材(如，高尔夫球杆、乒乓球桌和球拍、篮球篮板、球门或门柱、棒球棒等)、工具(如锤柄、扫帚柄、锯架等)；或

·保护部件(如，电脑外罩、手机外罩、防爆罩、防护背心等)、附件、容器、盒子、装运板条箱、包装或外罩。

上述所列出的致密化木材的用途并非详尽无遗。根据一个或多个预期的实施方式，除了具体列出的那些的致密化木材的应用也是可能的。实际上，本领域的普通技术人员将很容易理解，根据本发明的教导，致密化木材可以适用于其他应用。

在传统的致密化工艺中，按压天然木材300，但不去除其中的木质素。在许多情形下，有必要对木材进行预处理(如，暴露于蒸气、热或氨气或冷压)。虽然这些预处理能软化木质结构，但并不会改变天然木材的根本组成。与初始的天然木材相比，如图3B所示的所得被按压木材308的厚度减少量(如，沿方向312)有限。例如，传统的致密化工艺限制到大约60％的厚度减少。在没有去除木质素的情况下，很难按压天然木材300以使管腔302完全塌陷并从横截面上去除任何其他孔洞。而且，在按压后，被按压木材308的厚度能有部分恢复。因此，如图3B和图3E-3F的SEM图像所示，未去除木质素的传统的致密化木材308在塌陷的细胞壁304之间存在许多空隙310。

相反地，根据本发明主题的实施方式，部分去除木质素的致密化木材能完全使天然木材中的管腔塌陷并去除细胞壁之间的开放空间，从而形成了独特的层压结构，其中，细胞壁彼此紧紧的交错在一起，这能产生优越的力学性能。例如，通过按压已经化学处理以从其中部分去除木质素的木材200，木材管腔202和多孔细胞壁204完全塌陷，如图4B所示。由于部分去除了木质素，按压能够增加厚度减少量，例如，至少5:2的厚度减少量(如，70％与80％减少量之间)，以及增加的密度(如，大约增加3倍)。

如图4C-4D的SEM图像所示，先前中空的管腔202完全塌陷，形成高度交错的木材细胞壁。由于致密化，甚至木材细胞壁204中的微小凹点也被去除了。致密化木材210具有独特的微结构，其中，完全塌陷的木材细胞壁沿其横截面紧密交错在一起并且沿其长度方向(即方向206)被密集堆积。而且，如图4E所示，细胞壁204的纤维素纳米纤维214仍高度排列整齐(如，沿方向206)，这与天然木材类似但堆积更致密。

由于化学处理以及之后的按压，相邻的纤维素纳米纤维214之间形成了氢键216，如图4F所示。这些氢键216能积极地促进致密化木材力学性能的增强。具体地，微观尺度上，致密化木材210中致密堆积和交错的木材细胞壁204导致纤维素纳米纤维214高度排列整齐，从而显著增加了纳米纤维214之间的界面面积。

由于纤维素分子链中含有丰富的羟基，致密堆积的木质细胞壁204之间的相对滑动包括大量数量的在分子尺度上的氢键形成-断裂-重组的重复。因此，使致密化木材断裂所需的总能量显著地高于使天然木材断裂所需的能量。换言之，致密化木材比天然木材强韧得多。致密堆积的微结构也显著能降低致密化木材中瑕疵的数量和尺寸，从而导致强度比天然木材更高。下面表1中列出了天然木材和致密化木材(如，椴木，去除了45％的木质素)的力学性能的示例性数值。

致密化木材的力学性能不仅优于天然木材，而且还超过了许多广泛使用的结构材料(如，塑料、钢材和合金)。实际上，致密化木材所示出的拉伸强度比典型的塑料(如，尼龙6、聚碳酸酯、聚苯乙烯和环氧树脂)以及未去除其中木质素的传统致密化木材高得多。有趣地是，致密化木材的拉伸强度的显著增加并不意味着韧性会降低。纤维素固有的轻质特性也导致致密化木材的比强度为至少300MPa cm³/g，例如，约450MPa cm³/g，其比强度超过钛合金(如，约244MPa cm³/g)。

表1天然木材与致密化木材的力学性能之对比

表2比较了天然木材、未热压的去木质素木材(样品1)、未去木质素的被按压天然木材(样品2)和致密化木材(去木质素然后被按压-样品3)的轴向压缩强度(沿管腔延伸的方向)。显而易见的是，有必要至少部分去除木质素以确保管腔完全塌陷并使细胞壁交错在一起，这使得到的致密化木材具有优越的强度和韧性。

表2：不同加工的木质材料的轴向压缩强度之比较

然而，得到的致密化木材的力学性能还取决于在按压前能从天然木材中去除多少木质素。木质素的去除量随在化学溶液内的时间变化，如表3中数据所反映。图5B示出了具有不同木质素去除水平的致密化木材样品和未经按压的天然木材样品的应力-应变曲线。表3提供了具有不同木质素去除水平的致密化木材样品和未经按压的天然木材样品的组成与力学性能。在图5A-5B以及表3中，NW是指未经任何按压的天然木材，DW-x是指致密化木材，其中，x为木质素的去除百分率。从数据中可以明显看出，对于椴木来说，去除了45％的木质素的致密化木材(如，木质素含量为11.3wt％)的强度和韧性最高，尽管对于其他类型的木材或不同应用来说，其他去除量也可以是最佳的。

表3：具有不同木质素去除水平的致密化木材的组成与力学性能

所得到的致密化木材的密度也随木质素的去除量变化，如图5A的图所示。当木质素去除百分率低于45％时，得到的致密化木材的密度随木质素去除百分率的增加而增加。这归因于至少三个因素。首先，因为更多的木质素被去除，所以细胞壁上形成有更多的孔隙。其次，随着在化学溶液中的时间的增加，经化学处理的木材的细胞壁变得更柔软，其中增加的时间对于影响木质素去除所需的增加是必要的。再次，化学处理后的结构不塌陷，因为它保留了至少一些木质素作为粘合剂。然而，如果有过多的木质素被去除(如，如果有大约100％木质素被去除)，则木质结构在压力下容易塌陷，如图5C的SEM图像所示，从而抑制了通过按压增加结构的密度的能力。

表4：不同种类木材的力学性能之比较

尽管本文讨论了特定种类木材的结果并在表1-3和图5A-5B中示出该结果，但对于其他种类的木材或其他植物(如，竹子)，也可以得到类似的结果。例如，表4呈现了不同种类的天然木材和致密化木材(木质素部分去除)的力学性能的示例值。因而，本发明的教导适用于多种植物种类。

致密化木材在潮湿环境下稳定。例如，当处于95％的相对湿度(RH)下128小时时，致密化木材的厚度膨胀大约8.4％并显示出拉伸强度适度下降(如，小于20％)至493.1MPa，这仍然比天然木材在周围环境中的拉伸强度大一个数量级。

通过按压后改良112可以进一步保护致密化木材的性能免受环境因素的影响或引入新的性质。例如，通过用油基涂料、疏水涂料或聚合物涂层进行涂覆可以使致密化木材基本上不受环境湿度的影响。在另一示例中，致密化木材602可具有形成在其外表面608上的耐热涂层604，如图6A所示。该涂层604能使复合结构600沿表面608传导热量606，从而最小化或者至少减少复合结构(即，致密化木材602)的内部的温度升高。

涂层604可作为耐火涂层。在一实施方式中，耐火涂层604可以是氮化硼(BN)涂层，如BN纳米片(如，与致密化木材602的表面连接的一层纳米颗粒)。与未涂覆的致密化木材200(图6B中的614)或其他传统结构材料相比，这种复合结构600相对于至少拉伸强度和最大使用温度(图6B中的612)具有优越的性能。尽管显示为单点612，但在600MPa的拉伸强度下，致密化木材的临界温度范围可以在300℃到500℃之间。在另一实施方式中，耐火涂层包括蒙脱石粘土。可替换地或另外地，加工后，对致密化木材进行不同的表面处理，例如，以增加疏水性、耐候性或耐腐蚀性、耐化学品或耐火性，如上述参考图1所示。

可替换地或另外地，通过按压前改良108可保护致密化木材的性能免受环境因素影响或者可引入新的性质。例如，可通过化学处理将纳米颗粒或聚合物等功能材料添加至经化学处理的木材中，以显示最终致密化木材的耐水性、耐腐蚀性、耐候性、耐化学性、耐火性和/或其他特性。

在一个实施方式中，在经化学处理的木材的内外表面上形成纳米颗粒，以便为致密化木材提供超疏水性。如本文所使用，超疏水性定义为大于150°的静态水接触角(CA)和小于10°的动态滚动角。此超疏水性可提高结构材料在潮湿条件下的耐腐蚀性，从而提高稳定性和耐久性。在其他实施方式中，纳米颗粒可引入疏水性，以使致密化木材显示出至少90°的静态接触角或者小于10°的动态接触角。例如，纳米颗粒可以是SiO₂纳米颗粒。

如上述其他实施方式所示，经化学处理的木材是通过以下步骤形成的：首先部分去除半纤维素和木质素，留下多孔细胞壁704和管腔702。然后，对经化学处理木材700进行进一步处理，该处理可使纳米颗粒708在木材706的内外表面原位生长，如图7A所示。例如，经化学处理的木材700可浸泡在四乙基正硅酸盐(TEOS)与十七氟-1,1,2,2-十四烷基三甲氧基硅烷(17F)(如，100mL乙醇中的3mL TEOS、3mL NH·H₂O和0.01mL 17F)的溶液中。浸泡可在升高的温度(如，50℃)下并持续延长的一段时间(如，10小时)，以通过溶胶-凝胶法形成改性的SiO₂纳米颗粒。例如，纳米颗粒的直径大约100nm。原位成形的结果是，纳米颗粒708可均一地分布在木材表面和管腔702内部，如图7C-7D的SEM图像所示。

然后，压缩(如，通过100℃进行按压)用SiO₂纳米颗粒708装饰的经处理的木材706，从而形成图7B所示的致密化木质结构。按压使通道壁704之间的空间被消除(或几乎完全消除)，从而形成具有多个相互交错层712的层压结构和在各个层内排列整齐的纤维素纳米纤维。尽管进行了按压，但相互交错的层之间仍保存有二氧化硅纳米颗粒。因此，保存完好的微/纳米分层结构以及原位生长SiO₂纳米颗粒可赋予致密化木材710超疏水性。例如，相对于位于在木材710的表面716上的水滴714，致密化木材710可分别显示出159.4°和3°的静态和动态接触角。纳米颗粒708还具有耐酸/碱性。

超疏水性可为致密化木材提供抗膨胀性能。具体地，当浸泡在水中24小时时，致密化木材710吸收非常少的水分，膨胀效率极其低，为大约1.8％。这表明，致密化木材710可强烈地抵抗水分。相反地，当暴露于相同的条件时，天然木材显示出大量膨胀，如，显示出119％的膨胀效率。甚至在暴露于潮湿条件或其它不良或恶劣的户外环境，致密化木材710的良好疏水性也仍可显著提高木材的尺寸稳定性和耐腐性。

此外，致密化木材710的木材微结构内的纳米颗粒处理能增强处理的耐磨性。在一个实验中，在压缩期间将砂纸(120目)放置在顶部和底部木材表面(切线截面)，从而得到微米粗糙度的致密化木材710。水在致密化木材上的初始静态和动态接触角分别为159.2°和3°。在10个、20个、30个和40个砂纸磨损周期后，分别获得了158.1°/4.5°、156.3°/5.9°、152.9°/7.7°和150.1°/9°的值。由于每个循环内的静态接触角仅发生微小减小(和动态接触角发生微小增加)，致密化木材710的疏水性处理耐磨是显而易见的。压缩后的分层结构限定了分散良好的纳米SiO₂微球，这使得纳米颗粒牢固地固定在木材上，从而具有很强的超疏水性。

现参考图8A，示出了由天然木材802形成致密化木材结构的示例性制造工艺。天然木材802可以是片状、棒状、杆状、条状、块状、膜状、薄膜状或任何其他木材形状。天然木材802内的管腔可沿方向806延伸。该制造工艺的第一步800可以为将天然木材802浸泡在化学溶液804内，例如，如上述参考工艺100的104所述，以部分地从木材802中部分去除木质素。化学溶液804和浸泡其中的木材802可包含在外罩808内。在一些实施方式中，外罩808可以是真空外罩，可在浸泡期间将溶液804和木材802保持在真空下。可替换地或另外地，外罩808或其中的另一部件能将溶液804加热至室温以上。例如，在化学处理800期间将溶液804加热至沸腾。

处理800后，经化学处理的木材816可从外罩808输送至压缩站810以在与延伸方向806基本垂直或至少交叉的方向上进行按压，例如，如上述参考工艺100的110所述。例如，压缩站810可包括上压板814和下压板818。压板814和818之间的相对运动导致对经化学处理的木材816进行所需的压缩以产生致密化木材。例如，上压板814可朝下压板818移动，下压板仍保持静止并支撑其上的木材816，以向木材816施加压缩力812。可替换地，压板814和818二者都可朝彼此移动以施加压缩力812。

在一些实施方式中，压缩期间，加热一个或两个压板814和818以便将木材816的温度升高至室温以上。可替换地或另外地，可不加热压板814和818，但是可以提供单独的加热机制，或者可以加热包含压缩站的环境以升高木材816的温度。

参考图8B，示出了由木材832形成致密化木材结构的另一制造工艺。天然木材832可以是原木或圆柱杆形状，其中，管腔在与页面垂直的方向上延伸。第一步820可以为使用旋转车床834切割天然木材832，例如，以分离天然木材的连续薄层836以供后续加工。将天然木材层836输送至外罩838处以供制造工艺的下一步830使用，如，将木材836浸泡在化学溶液804中，例如，如上述参考工艺100的104所述，以从木材802中部分地去除木质素。与外罩808类似，外罩838可配置为在浸泡期间施加真空和/或热。在一些实施方式中，外罩838的尺寸与层836从天然木材832经由外罩838的输送速度可以对应于化学处理所需的浸泡时间。因此，从层836的一部分进入外罩838到离开外罩838进入压缩站840的时间将对应于所需去除量的木质素的浸泡时间。

处理830后，可将经化学处理的木材848从外罩838输送至压缩站840，以在与延伸的方向基本垂直或至少交叉的方向上进行按压，例如，如上述参考工艺100的110所述。例如，压缩站840可包括上滚筒844和下滚筒846，它们彼此保持固定的距离。固定的距离可以小于经化学处理的木材848的厚度，从而施加形成致密化木材的按压力842。

在一些实施方式中，在压缩期间，一个或两个滚筒844和846可被加热以便于将木材848的温度升高至室温以上。可替换地或另外地，可不加热滚筒844和846，但可提供单独的加热机制或加热包含压缩站840的环境，以升高木材848的温度。

尽管图8B中仅示出了两个滚筒844和846，但是沿片材848的输送方向可串联放置多个滚筒。当片材848在相邻的滚筒之间输送时，其可保持在压力下，以提供所需的压缩累积时间(例如，可以是分钟或小时的数量级)。可替换地或另外地，滚筒844和846的尺寸和输送片材848的速度可以对应于所需的压缩时间。因此，从片材848首先被压缩到它作为致密化木材850离开压缩站840的时间对应于所需的按压时间。当然，通过例如在化学处理838之前或之后切割片材836来使压缩站840与化学处理838分离也是可能的。在这种配置中，压缩站可采用如图8B所示的滚筒的形状或者如图8A所示的平板的形状。

参考图8C，示出了由天然木材862形成致密化木材结构的示例性制造工艺。天然木材862可以是中空圆柱体的形状，其中管腔沿方向864延伸。该制造工艺的第一步860可以为将天然木材862浸泡在化学溶液804中，例如，如上述参考工艺100的104所述，以从木材862中部分去除木质素。化学溶液804与浸泡其中的木材862可包含在外罩866内，与图8A的外罩808类似，外罩866可配置为在浸泡期间施加真空和/或热。

处理860后，可将经化学处理的木材圆柱体868从外罩866输送至压缩站870，以在与延伸方向864(与图8C中870处的页面的平面垂直)基本垂直或至少交叉的方向上进行按压，例如，如上述参考工艺100的110所示。例如，压缩站870可包括置于圆柱体868外部的上滚筒872和置于圆柱体868内部的下滚筒874。由于圆柱体868的壁穿过其中，滚筒872和874可彼此保持固定距离。固定距离可以小于经化学处理木材868的壁厚度，从而施加形成致密化木材的中空圆柱体的按压力876。

在一些实施方式中，压缩期间，加热一个或两个滚筒872和874以便将木材868的温度升高至室温以上。可替换地或另外地，可不加热滚筒872和874，但是可以提供单独的加热机制，或者可以加热包含压缩站870的环境以升高木材868的温度。

尽管图8C中仅示出了两个滚筒872和874，但是在圆柱体868的周围可串联放置有多个滚筒。当在相邻的滚筒之间输送时，圆柱体868的壁可保持在压力下，以提供所需的压缩累积时间(例如，可以是分钟或小时的数量级)。可替换地或另外地，滚筒872和874的尺寸和圆柱体868的转动速度可以对应于所需的压缩时间。

参考图8D，示出了由天然木材882形成致密化木材结构的示例性制造工艺。天然木材882可以是实心圆柱体的形状，其中管腔沿方向884延伸。该制造工艺的第一步880可以为将天然木材882浸泡在化学溶液804中，例如，如上述参考工艺100的104所述，以从木材882中部分去除木质素。化学溶液804与浸泡其中的木材882可包含在外罩886内，与图8A的外罩808类似，外罩886可配置为在浸泡期间施加真空和/或热。

处理880后，可将经化学处理的木材圆柱体886从外罩866输送至压缩站890，以在与延伸方向884(与图8D中890处的页面的平面垂直)基本垂直或至少交叉的方向上进行按压，例如，如上述参考工艺100的110所示。例如，压缩站890可包括置于圆柱体886外部的单一滚筒888，所述单一滚筒可被支撑并围绕其中心轴转动。滚筒888可保持固定的距离，当其旋转经过时，可压入圆柱体886的壁中，从而施加形成致密化木材的实心圆柱体的按压力892。

在一些实施方式中，压缩期间，加热滚筒888以便将木材886的温度升高至室温以上。可替换地或另外地，可不加热滚筒888，但是可以提供单独的加热机制，或者可以加热包含压缩站890的环境以升高木材886的温度。

尽管图8D中仅示出了滚筒888，但是在圆柱体886的周围可串联放置有多个滚筒。当圆柱体886在相邻的滚筒之间输送时，其可以保持在压力下，以提供所需的压缩累积时间(例如，可以是分钟或小时的数量级)。可替换地或另外地，滚筒888的尺寸和圆柱体886的转动速度可以对应于所需的压缩时间。在另一选择中，圆柱体886由压缩站895的压缩带894而非带有滚筒888的压缩站890压紧，如图8E所示。在这种配置中，圆柱体886可保持静止，而非旋转。

尽管图8A-8E中已经示出了具体的木材形状和制造技术，但是根据一个或多个预期的实施方式的其他形状(是否是实心或空心)和制造技术是有可能的。因而，木材形状和制造技术不限于具体示出的那些。而且，尽管图8A-8E中未示出冲洗站与按压前和按压后改良，但是这些技术可容易地被修改以包括根据本发明主题的一个或多个实施方式的冲洗、按压前改良和/或按压后改良。

一旦经过化学处理的木材片被按压成致密化木材，就可以对其进行进一步的加工(即加工或修饰)，以使其为最终用途做好准备，例如，如上述参考工艺100的114所述。例如，致密化木材902可安装在弯曲装置900中，如图9A所示。致密化木材902可放置在支撑件906上，同时弯曲工具904(如，圆柱杆)则被压入其上表面。通过弯曲工具904保持压力一段时间可以将所需的曲线轮廓908引到密化木材902，例如图9B的弯曲的致密木材910或图9C的弯曲的致密木材912。可替换地或另外地，致密化木材可经历传统的加工技术。例如，图9D示出了加工装置920，其中，采用装配有钻头924的压机922以在致密化木材片926上产生贯通孔928，如图9E所示。根据一个或多个预设的实施方式，进行其他类型的后按压改良和/或加工也是有可能的。

在所公开主题的实施方式中，化学处理和按压保留了天然木材的纤维素纳米纤维的排列，从而导致了致密化木材的各向异性力学性能。例如，致密化木材在与纤维排列方向垂直的方向上的拉伸测试产生了45.1MPa的拉伸强度，该强度远远低于沿纤维排列方向的强度，但显著高于天然木材横向方向上的强度(如，5.7MPa)。为了减少各向异性(或者为了提高力学性能)，在层压结构中将致密化片结合在一起。

参考图10A，示出了形成并使用致密化木材的层压结构的一般工艺1000。与图1的工艺100类似，工艺1000可包括进行切割、化学处理104以去除充足的木质素106，以及经处理的木材的按压110。在1002中重复这些初始过程以产生多个不同的致密化木材片。

一旦已经制备了充足数目的致密化木材片，则工艺1000可进行至1004，其中，任选地对致密化木材片进行表面制备。在一些实施方式中，用胶或环氧树脂将致密化木材片连接在一起。在这种实施方式中，制备1004可包括向致密化木材片的面对的表面施加胶或环氧树脂。在其他实施方式中，致密化木材片的面对的表面之间的最终氢键键合可足以将其保持在一起，这种情况下，可省略制备1004。

工艺1000可进行至1006，其中，布置好致密化木材片以为连接做准备。每个致密化木材片可具有各自的方向，其与其管腔在按压前延伸的方向对应。因此，排列1006可包括布置致密化木材片，以使至少一些木材相对彼此具有不同的方向。例如，图11A示出了一组层压板1100，具有第一方向1103的第一致密化木材片1102和具有第二方向1105的第二致密化木材片1104。布置第一致密化木材片1102与第二致密化木材片1104，以使一旦这两个致密化木材片连接在一起作为层压结构1106，则第一方向1103与第二方向1105正交，如图11B所示。

图11B的致密化木材层压板沿两个垂直的木材纤维方向的拉伸强度基本上相同(如，分别为221.6±20MPa和225.6±18MPa)，并且显著高于单个致密化木材片(如，43.3±2MPa)或者天然木材(如，43.3±2MPa)在T方向(即，与木材纤维方向垂直的方向)上的强度。

在其他实施方式中，连接在一起的致密化木材片的方向是彼此非正交的。例如，图11D示出了另一组层压板1110，其中，第一致密化木材片1112具有不同于图11A的第一方向1113。具体地，当第一致密化木材片1112与第二致密化木材片1104连接在一起时，如图11E所示，在平面视图下，第一致密化木材片的方向1113与第二致密化木材片的方向1105交叉。

多组层压板1100可以连接在一起，形成多层1106层压板结构，如图11C所示，每个致密化木材片具有相对于相邻的致密化木材旋转90°的方向。类似的，如图11F所示，多组1110可以连接在一起形成多层1116、1118层压板结构，其中每个致密化木材片的方向不同于相邻木材片，和/或每层具有不同于相邻木材的复合方向。

尽管图11A-11F中示出了用于层压结构的具体数目的致密化木材片，但根据一个或多个预期的实施方式，其他数目的致密化木材片也是可能的。而且，尽管图11A-11F中示出了长方形形状，但根据一个或多个预期的实施方式，其他形状也是有可能的。另外，根据一个或多个预期的实施方式，除了图11A-11F所示的其它方向和排列也是可能的。在一些实施方式中，相邻木材片的方向可以呈一直线，例如，以增强各向异性。

回到图10A，排列1006后，工艺100可进行至1008，其中，通过胶/环氧树脂或通过氢键键合将排列整齐的致密化木材连接在一起。在使用氢键键合的那些实施方式中，连接1008可包括在高压下按压排列整齐的木材片，与用于形成致密化木材片的按压类似。一旦连接形成层压板结构，工艺1000可进行至1010，其中，层压板适用于(例如，如上述参考工艺100的114所述)和/或使用(例如，如上述参考工艺100的116所述)。

尽管图10A在连接前形成了致密化木材片，但是所公开主题的实施方式并不限于此。相反，在其他实施方式中，木材片的连接可与按压结合以使木材致密化。图10B示出了这种工艺1050。类似于图1的工艺100，工艺1050可包括切割102、去除充足的木质素106的化学处理104，以及经处理木材的随后按压110。在1052重复这些初始过程，以产生多个单独的经化学处理的木材片。

一旦已经制备好充足数目的经化学处理的木材片，工艺1050可进行至1054，其中，布置经化学处理的木材片以备连接使用。每个经化学处理的木材片可具有各自的方向，该方向与管腔延伸的方向对应。因此，排列1054可包括布置经化学处理的木材片使得至少一些木材片相对彼此具有不同的方向，除了上述参考图10A和图11A-11F所示。

排列1054后，工艺1050可进行至1056，其中排列整齐的经化学处理的木材被压在一起。按压1056可有效地压缩每个木材片(即，产生致密化木材片)，并在木材片的面对的表面之间形成氢键。因此，按压1056同时使木材致密化并连接在一起，形成层压板结构。可通过重复切割、化学处理、排列和按压将更多的层添加至层压板中。另外，工艺可进行至1060，其中，层压板适用于用途和/或使用，与工艺1000类似。

尽管图10A至图10B没有示出冲洗、按压前改良和按压后改良，但人们仍将理解的是，这些实施方式也可包括冲洗、按压前改良和按压后改良，与图1的工艺100类似。

在一些实施方式中，可由多个具有不同纤维方向的木片形成层压板结构。例如，图12A示出了用于由单个木片1202形成致密化木材的层压板的示例性制造工艺的各个方面。单个木片1202可具有各自的方向1204，该方向对应于其中管腔延伸和/或纤维排列的方向。类似于上述工艺100，可对木片1202进行化学处理以部分去除其中的木质素并通过1206装配为多层结构。经化学改性的木片的装配可以考虑木片1202的方向1204，例如，使得各方向如图11A-11B所示是正交的，如图11D-11E所示是交叉的，或者是呈一直线。可替换地，多层布置内各方向1204是任意的。然后在1210按压该多层结构，以形成致密化木片的多层层压板1212。通过按压1210过程中形成的氢键将相邻的致密化木片保持在一起。

在一些实施方式中，由木质板材和多个纤维方向不同的木片形成层压板结构。例如，图12B示出了用于由单个木片1202和一对木质板材1220和1224形成致密化木材的层压板的示例性制造工艺的各个方面。单个木片1202可具有各自的方向1204，该方向对应于其中管腔延伸和/或纤维排列的方向。类似地，木质板材1220和1224可具有各自的方向1222和1226，该方向对应于其中管腔延伸和/或纤维排列整齐的方向。

与上述工艺100类似，可对木质板材1220和1224和木片1202进行化学处理以部分去除其中的木质素，然后通过1228装配为多层结构，其中木片1202布置在板材1220和1224之间。装配可以考虑板材1220和1224与木片1202的方向。例如，可进行布置，使得至少木片1202的方向1204如图11A-11B所示是正交的，如图11D-11E所示是交叉的，或者是呈一直线。可替换地，多层布置内至少木片1202的方向1204可以是任意的。在另一示例中，可以进行布置1228，使得至少板材的方向1222和1226如图11A-11B所示是正交的，如图11D-11E所示是交叉的，或者是呈一直线。在这种示例中，木片1202的方向1204可根据板材1220和1224中至少一者的方向是对齐的，或者独立于所述板材的方向。例如，方向1220和1224可以彼此正交，而木片1202的方向1204基本上可以是任意的。

然后，将多层结构1230在1232处按压以形成致密化木材的多层层压板1234。通过按压1232过程中形成的氢键将相邻的致密化木材保持在一起。尽管在木质板材1220和1224之间示出了三层木片1202，但提供更少或额外的木片层也是有可能的，例如，单层木片或三层以上。此外，所公开的主题的实施方式不限于图12A-12B所示的板材和片材的具体数目和排列。例如，层压板1234可以包括多层结构中的层单元，其中，一个单元1234的致密化板材1224位于顶部，并且与相邻单元1234的致密化板材1220连接。在另一示例中，多层的层压板结构可包括具有木片1202的中间层的板材1220(或板材1224)的重复层。

图12A-12B的工艺可形成连续的木质结构(如，致密化木板1212或致密化木板1234)，由于取向是随机的或对齐的，该连续的木质结构的各向异性小。因此，彼此尺寸和取向不同的小木片可以结合为较大的致密化木质产品。实际上，这种层压板结构易于扩展以用于不同的应用和/或不同的尺寸。

尽管图12A-12B中没有单独示出了冲洗、按压前改良和按压后改良，但人们仍将理解的是，这些实施方式也可包括冲洗、按压前改良和按压后改良，类似于图1的工艺100。尽管图12A-12B中示出了用于层压板结构的致密化木片或木质板材的具体数目，但根据一个或多个预期实施方式使用其他数目的致密化木片或木质板材也是可能的。此外，尽管图12A-12B中示出了矩形形状，但根据一个或多个预期实施方式使用其他形状也是可能的。实际上，在结合为层压板结构之前，木片可具有不规则或不同的形状/尺寸。此外，根据一个或多个预期实施方式，除了图12A-12B所示的那些以外，其他方向和排列也是可能的。在一些实施方式中，相邻木材片(无论是木片1202还是木质板材1220和1224)的方向可以呈一直线，例如，以增强各向异性。

在一个或多个第一实施方式中，一种结构，包括第一片天然植物材料，所述第一片天然植物材料已经经化学处理部分地去除了其中的木质素，同时基本上保留了纤维素基管腔的结构，并在与管腔延伸方向垂直的第一方向上进一步进行按压，使得管腔至少部分塌陷。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，天然植物材料是天然木材。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片在第一方向上的厚度比天然木材减少至少10％。在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片在第一方向上的厚度与天然木材相比减少至少30％。在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片在第一方向上的厚度比天然木材减少至少60％。在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片在第一方向上的厚度比天然木材减少至少70％。在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片在第一方向上的厚度比天然木材减少至少80％。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片保留至少一些木质素。在第一实施方式或任何其他实施方式中，通过化学处理已经去除了天然植物材料中1％到99％的木质素。在第一实施方式或任何其他实施方式中，通过化学处理已经去除了天然植物材料中5％到95％的木质素。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，通过化学处理已经去除了天然植物材料中23％至60％的木质素。在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片在化学处理后保留了天然植物材料中约55％的木质素。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片中塌陷的管腔的面对部分通过氢键保持在一起。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，与化学处理前的天然植物材料相比，所述第一片的拉神强度、挠曲强度、延展性、断裂韧性、划痕硬度、硬度模量、冲击韧性、抗压强度和/或弹性刚度增加。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片的拉伸强度比化学处理前的天然植物材料大至少2倍。在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片的拉伸强度比化学处理前的天然植物材料大至少5倍。在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片的拉伸强度是至少350MPa。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片的延展性与化学处理前的天然植物材料相同或者是化学处理前的天然植物材料的至少10倍。在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片的延展性比化学处理前的天然植物材料大至少50倍。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片的断裂韧性比化学处理前的天然植物材料大至少2倍。在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片的断裂韧性比化学处理前的天然植物材料大至少5倍。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片的弹性刚度比化学处理前的天然植物材料大至少5倍。在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片的弹性刚度比化学处理前的天然植物材料大至少10倍。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片的刮擦硬度比化学处理前的天然植物材料大至少5倍。在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片的刮擦硬度比化学处理前的天然植物材料大至少10倍。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片的冲击韧性比化学处理前的天然植物材料大至少2.5倍。在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片的冲击韧性比化学处理前的天然植物材料大至少5倍。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片的硬度模量比化学处理前的天然植物材料大至少5倍。在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片的硬度模量比化学处理前的天然植物材料大至少10倍。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片沿延伸方向的挠曲强度比化学处理前的天然植物材料大至少5倍，所述第一片垂直于延伸方向的挠曲强度比化学处理前的天然植物材料大至少5倍。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片沿延伸方向的挠曲强度比化学处理前的天然植物材料的大1倍，所述第一片垂直于延伸方向的挠曲强度比化学处理前的天然植物材料大2倍，且2倍大于1倍。在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片沿延伸方向的挠曲强度比化学处理前的天然植物材料大至少5倍，所述第一片垂直于延伸方向的挠曲强度比化学处理前的天然植物材料大至少10倍。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片沿延伸方向的压缩强度比化学处理前的天然植物材料大至少5倍，所述第一片垂直于延伸方向的压缩强度比化学处理前的天然植物材料大至少5倍。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片沿延伸方向的压缩强度比化学处理前的天然植物材料大1倍，所述第一片垂直于延伸方向的强度比化学处理前的天然植物材料大2倍，且2倍大于1倍。在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述第一片沿延伸方向的压缩强度比化学处理前的天然植物材料大至少5倍，所述第一片垂直于延伸方向的压缩强度比化学处理前的天然植物材料大至少30倍。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，与化学处理前的天然植物材料相比，第一片的密度增加。在第一实施方式或任何其他实施方式中，第一片的密度比化学处理前的天然植物材料大至少1.5倍。在第一实施方式或任何其他实施方式中，第一片的密度比化学处理前的天然植物材料大至少2倍。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，第一片的比拉伸强度为大于300MPacm³/g。在第一实施方式或任何其他实施方式中，第一片的比拉伸强度为大约450MPa cm³/g。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，塌陷的管腔的纤维素纳米纤维沿延伸方向基本上排列整齐。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，在横截面视图中，第一片在管腔的壁之间无任何空隙。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，天然植物材料包括竹子或天然木材。在第一实施方式或任何其他实施方式中，天然木材包括硬木或软木。在第一实施方式或任何其他实施方式中，天然木材包括椴木、橡木、杨木、白蜡木、桤木、山杨木、轻木、山毛榉木、桦木、樱桃木、胡桃木、栗子木、黄檀木、榆木、山核桃木、枫木、栎木、紫檀木、李子木、核桃木、柳木、黄杨木、水松木、雪松木、柏木、道格拉斯冷杉木、冷杉木、铁杉木、落叶松木、松木、红木、云杉木、北美落叶松木、杜松木和紫杉木中的至少一者。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述结构还包括第二天然木材片，该第二天然木材片已经经化学处理部分地去除了其中的木质素，同时基本上保留了纤维素基管腔的结构，并在与管腔延伸方向交叉的方向上进一步进行按压，使得管腔至少部分塌陷。第一与第二片沿面对的表面彼此连接在一起，第一片的管腔的延伸方向与第二片的管腔的延伸方向交叉，例如，在平面视图中。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，第一片的管腔的延伸方向与第二片的管腔的延伸方向正交。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，第一与第二片通过其面对的表面之间氢键彼此连接在一起。在第一实施方式或任何其他实施方式中，第一与第二片通过其面对的表面之间的胶或环氧树脂彼此连接在一起。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，第一与第二片中的每一个形成为平板、块、棒、条、空心形状、膜、厚度小于200μm的薄膜、木碎片或薄木片。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述结构还包括多个额外的第一与第二片，它们与所述的第一与第二片连接在一起形成多层层压结构。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，第一片包括包含在第一片的塌陷的管腔和/或外表面内的非原生颗粒。在第一实施方式或任何其他实施方式中，非原生颗粒包括疏水性纳米颗粒。在第一实施方式或任何其他实施方式中，纳米颗粒包括SiO₂纳米颗粒。在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述非原生颗粒导致第一片疏水。在第一实施方式或任何其他实施方式中，第一片具有至少90°的静态接触角，或者小于10°的动态接触角。在第一实施方式或任何其他实施方式中，第一片具有大于150°的静态接触角，或者小于5°的动态接触角。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，第一片已经经化学处理以具有疏水性。在第一实施方式或任何其他实施方式中，疏水性化学处理包括环氧树脂、硅油、聚氨酯、石蜡乳液、醋酸酐、十八烷基三氯硅烷(OTS)、1H、1H、2H、2H-全氟癸基三乙氧基硅烷、氟树脂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、甲基丙烯氧基甲基三甲基硅烷(MSi)、多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)、甲基硅酸钾(PMS)十二烷基(三甲氧基)硅烷(DTMS)、六甲基二硅氧烷、二甲基二乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三氯硅烷、乙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、三甲基氯硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二烯丙基二甲基氯化铵(polyDADMAC)、甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅烷基)丙酯(MPS、疏水硬脂酸、两亲性氟化三嵌段叠氮共聚物、聚偏氟乙烯和氟化硅烷、正十二烷基三甲氧基硅烷和十二烷基硫酸钠中的至少一者。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，第一片已经经化学处理以是耐候或耐盐水的。在第一实施方式或任何其他实施方式中，用于耐候性或耐盐水性的化学处理包括二甲基二硫代氨基甲酸铜(CDDC)、铜氨(胺)季铵盐(ACQ，ammoniacal copper quaternary)、铬化砷酸铜(CCA)、氨铜锌砷酸盐(ACZA，ammoniacal copper zinc arsenate)、环烷酸铜、酸性铬酸铜、柠檬酸铜、铜唑、8-羟基喹啉铜、五氯酚、环烷酸锌、环烷酸铜、杂酚油、二氧化钛、丙环唑、戊唑醇，环唑醇、硼酸、硼砂、有机碘化物(IPBC)和Na₂B₈O₁₃·4H₂O中的至少一者。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，所述结构还包括第一片的一个或多个外表面上的涂层。在第一实施方式或任何其他实施方式中，涂层包括油基涂料、疏水性涂料、聚合物涂层或耐火涂层。在第一实施方式或任何其他实施方式中，耐火涂层包括氮化硼、蒙脱石粘土、水滑石、二氧化硅(SiO₂)、硅酸钠、碳酸钙(CaCO₃)、氢氧化铝(Al(OH)₃)、氢氧化镁(Mg(OH)₂)、碳酸镁(MgCO₃)、硫酸铝、硫酸铁、硼酸锌、硼酸、硼砂、磷酸三苯酯(TPP)、三聚氰胺、聚氨酯、聚磷酸铵，磷酸盐、亚磷酸酯、磷酸铵、硫酸铵、磷酸盐(酯)、磷酸二铵(DAP)、磷酸二氢铵、磷酸一铵(MAP)、磷酸脒基脲(GUP)、磷酸二氢胍和五氧化二锑中的至少一者。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，第一片包括在其中的聚合物(如，在完全或部分塌陷的管腔内)。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，第一片内的管腔完全塌陷。

在第一实施方式或任何其他实施方式中，一种方法，包括用化学溶液处理天然植物材料片以便部分地去除其中的木质素，同时基本上保留了纤维素基管腔的结构，管腔在第一方向延伸，并在处理后，在与第一方向交叉的第二方向按压经化学处理的植物材料片为时第一时间，使得管腔至少部分塌陷。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，天然植物材料是天然木材。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，在20℃与120℃之间的温度和0.5MPa与10MPa之间的压力下进行按压。在第二实施方式或任何其他实施方式中，在约100℃的温度和约5MPa的压力下进行按压。

在第二实施方式或任何其它实施方式中，第一时间为至少5分钟。在第二实施方式或任何其它实施方式中，第一时间为至少1小时。在第二实施方式或任何其他实施方式中，第一时间为至少12小时。在第二实施方式或任何其他实施方式中，第一时间为至少24小时。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，按压有效地从经化学处理的植物材料中至少将水分去除。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，在处理后进行按压，而无需任何中间干燥步骤。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，化学溶液包括NaOH、Na₂S、NaHSO₃、SO₂、H₂O、Na₂SO₃、蒽醌(AQ)、Na₂S_n(其中n为整数)、CH₃OH、C₂H₅OH、C₄H₉OH、HCOOH、NH₃、p-TsOH、NH₃-H₂O、H₂O₂、NaClO、NaClO₂、CH₃COOH(乙酸)、ClO₂和Cl₂中的至少一者。在第二实施方式或任何其他实施方式中，化学溶液包括NaOH和Na₂SO₃的混合物。在第二实施方式或任何其他实施方式中，化学溶液包括2.5M NaOH和0.4MNa₂SO₃。在第二实施方式或任何其他实施方式中，化学溶液是沸腾的。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，所述方法还包括：在按压前和处理后，将经化学处理的植物材料浸泡在溶剂中以去除所述天然木材片中残余化学溶液。在第二实施方式或任何其他实施方式中，溶剂包括沸腾的去离子(DI)水。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，处理包括将天然植物材料片浸泡在化学溶液中至少30分钟。在第二实施方式或任何其他实施方式中，处理包括将天然植物材料片浸泡在化学溶液中至少1小时。在第二实施方式或任何其他实施方式中，将天然植物材料片浸泡在化学溶液中0.1小时至72小时，包含0.1小时和72小时在内。在第二实施方式或任何其他实施方式中，在真空下进行处理，使得化学溶液渗透至天然植物材料片的管腔中。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，至少一些半纤维素和木质素被处理后的所述天然植物材料片保留下来。在第二实施方式或任何其他实施方式中，通过处理已从所述片中去除了1％至99％的木质素。在第二实施方式或任何其他实施方式中，通过处理已从所述片中去除了5％至95％的木质素。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，按压后，经化学处理的天然植物材料片内的管腔完全塌陷。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，所述方法还包括：在按压之前将聚合物引入至管腔中，其中，按压后，聚合物置于植物材料(如，部分或完全塌陷的管腔内)内。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，所述方法还包括：在按压后涂覆所述片的一个或多个外表面。在第二实施方式或任何其他实施方式中，涂层包括油基涂料、疏水性涂料、聚合物涂层或耐火涂层。在第二实施方式或任何其他实施方式中，耐火涂层包括氮化硼、蒙脱石粘土、水滑石、二氧化硅(SiO₂)、硅酸钠、碳酸钙(CaCO₃)、氢氧化铝(Al(OH)₃)、氢氧化镁(Mg(OH)₂)、碳酸镁(MgCO₃)、硫酸铝、硫酸铁、硼酸锌、硼酸、硼砂、磷酸三苯酯(TPP)、三聚氰胺、聚氨酯、聚磷酸铵，磷酸盐、亚磷酸酯、磷酸铵、硫酸铵、磷酸盐、磷酸二铵(DAP)、磷酸二氢铵、磷酸一铵(MAP)、磷酸脒基脲(GUP)、磷酸二氢胍和五氧化二锑中的至少一者。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，所述方法还包括：在按压前将多个非原生颗粒附着在管腔的内表面上，其中，在按压后，非原生颗粒结合在塌陷的管腔中。在第二实施方式或任何其他实施方式中，非原生颗粒包括疏水性纳米颗粒。在第二实施方式或任何其他实施方式中，纳米颗粒包括SiO₂纳米颗粒。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，非原生颗粒使经化学处理的植物材料片是疏水的。在第二实施方式或任何其他实施方式中，在按压后，经化学处理的植物材料片具有至少90°的静态接触角，或者小于10°的动态接触角。在第二实施方式或任何其他实施方式中，在按压后，经化学处理的植物材料片具有大于150°的静态接触角，以及小于5°的动态接触角。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，所述方法还包括：在按压后对经化学处理的植物材料进行进一步的化学处理，以使植物材料是疏水的。在第二实施方式或任何其他实施方式中，使具有疏水性的处理可在(b)之前进行。在第二实施方式或任何其他实施方式中，疏水性化学处理包括环氧树脂、硅油、聚氨酯、石蜡乳液、醋酸酐、十八烷基三氯硅烷(OTS)、1H、1H、2H、2H-全氟癸基三乙氧基硅烷、氟树脂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、甲基丙烯氧基甲基三甲基硅烷(MSi)、多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)、甲基硅酸钾(PMS)十二烷基(三甲氧基)硅烷(DTMS)、六甲基二硅氧烷、二甲基二乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三氯硅烷、乙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、三甲基氯硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二烯丙基二甲基氯化铵(polyDADMAC)、甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅烷基)丙酯(MPS、疏水硬脂酸、两亲性氟化三嵌段叠氮共聚物、聚偏氟乙烯和氟化硅烷、正十二烷基三甲氧基硅烷和十二烷基硫酸钠中的至少一者。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，所述方法还包括：在部分去除木质素的处理后，对经化学处理的木材进行进一步的化学处理以提高耐候性或耐盐水性。在第二实施方式或任何其他实施方式中，用于耐候性或耐盐水性的化学处理包括二甲基二硫代氨基甲酸铜(CDDC)、铜氨(胺)季铵盐(ACQ)、铬化砷酸铜(CCA)、氨铜锌砷酸盐、环烷酸铜、酸性铬酸铜、柠檬酸铜、铜唑、8-羟基喹啉铜、五氯酚、环烷酸锌、环烷酸铜、杂酚油、二氧化钛、丙环唑、戊唑醇，环唑醇、硼酸、硼砂、有机碘化物(IPBC)和Na₂B₈O₁₃·4H₂O中的至少一者。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，塌陷的管腔的纤维素纳米纤维沿第一方向基本上排列整齐。在第二实施方式或任何其他实施方式中，在横截面视图中，按压后，所述天然木材片在管腔的壁之间无任何空隙。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，天然植物材料包括竹子或天然木材。在第二实施方式或任何其他实施方式中，天然木材包括硬木或软木。在第二实施方式或任何其他实施方式中，天然木材包括椴木、橡木、杨木、白蜡木、桤木、山杨、轻木、山毛榉木、桦木、樱桃木、胡桃木、栗子木、黄檀木、榆木、山核桃木、枫木、栎木、紫檀木、李子木、核桃木、柳木、黄杨树、水松木、雪松木、柏木、道格拉斯冷杉木、冷杉木、铁杉木、落叶松木、松木、红木、云杉木、北美落叶松木、杜松树木和紫杉木中的至少一者。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，与处理前的天然木材相比，按压后，所述片的拉伸强度、挠曲强度、延展性、断裂韧性、刮擦硬度、硬度模量、冲击韧性、压缩轻度和弹性刚度中的至少一者增加。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，按压后，所述片的密度是比处理前的天然木材大至少2倍，在第二方向的厚度比处理前的天然植物材料减少了至少60％。在第二实施方式或任何其他实施方式中，按压后的所述片的厚度比天然木材减少了至少70％。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，按压包括在塌陷的管腔的面对部分之间形成氢键。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，所述片形成为薄板、块、棍、条、膜、薄膜、空心形状、木碎片或薄木片。在第二实施方式或任何其他实施方式中，薄膜的厚度为200μm或以下。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，所述方法还包括：重复所述处理以去除木质素，按压一片或多片额外的天然植物材料，将得到的被按压的经化学处理的片连接在一起。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，至少一些连接在一起的被按压的经化学处理的植物材料片的各个第一方向彼此交叉(如，平面视图中)。在第二实施方式或任何其他实施方式中，交叉的第一方向彼此正交。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，连接包括进一步将被按压的经化学处理植物材料片压在一起，使得面对的表面是氢键合的。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，在每次部分去除木质素的处理后，使经化学处理的片与其他经化学处理的片接触。可对排列的片同时进行按压，以便将其连接在一起。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，连接包括向经化学处理的植物材料片的面对的表面施加胶或环氧树脂。

在第二实施方式或任何其他实施方式中，所述方法还包括：按压后，将经化学处理的植物材料片加工为或者使经化学处理的植物材料片形成为所需的形状或结构。

在一个或多个第三实施方式中，一种结构，包括致密化木材片，其中，其内的管腔完全塌陷，在横截面视图中，管腔的细胞壁之间无任何空隙。

在第三实施方式或任何其他实施方式中，致密化木材片已以至少5:2的比例被压紧。在第三实施方式或任何其他实施方式中，致密化木材片已以约5:1的比例被压紧。

在第三实施方式或任何其他实施方式中，致密化木材片含有的木质素比用以形成所述片的天然木材少。在第三实施方式或任何其他实施方式中，致密化木材片含有天然木材中1％至99％的木质素。在第三实施方式或任何其他实施方式中，致密化木材片含有天然木材中5％至95％的木质素。在第三实施方式或任何其他实施方式中，致密化木材片含有1％至25％的木质素。在第三实施方式或任何其他实施方式中，致密化木材片含有5％至16％的木质素。

在第三实施方式或任何其他实施方式中，与用以形成所述片的天然木材相比，致密化木材片的拉神强度、挠曲强度、延展性、断裂韧性、划痕硬度、硬度模量、冲击韧性、抗压强度和/或弹性刚度增加。

在第三实施方式或任何其他实施方式中，致密化木材片的比拉伸强度为至少300MPa cm³/g。

在一个或多个第四实施方式中，一种层压板，包括多个致密化木材片。在横截面视图中，每个片具有至少部分塌陷的管腔。每片的管腔在各自延伸方向上延伸。至少一些致密化木材片的延伸方向彼此相交，所述多个致密化木材片被连接在一起。

在第四实施方式或任何其他实施方式中，每个片具有完全塌陷的管腔，在横截面视图中，在管腔的壁之间无任何空隙。

在第四实施方式或任何其他实施方式中，相邻的致密化木材片沿面对的表面彼此连接。在第四实施方式或任何其他实施方式中，相邻的片通过面对的表面之间的氢键连接在一起。在第四实施方式或任何其他实施方式中，相邻的片通过面对的表面之间的胶或环氧树脂连接在一起。

在第四实施方式或任何其他实施方式中，第一组致密化木材片置于第一层中，第二组致密化木材片置于第一层之上的第二层中，第一与二层通过各自层的相邻片之间的面对的表面彼此连接。

在第四实施方式或任何其他实施方式中，相邻对的致密化木材片的延伸方向彼此交叉(即，在平面视图中)。在第四实施方式或任何其他实施方式中，相邻对的致密化木材片的延伸方向彼此正交。

在第四实施方式或任何其他实施方式中，每个致密化木材片已以至少5:2的比例被压紧。在第三实施方式或任何其他实施方式中，每个致密化木材片已以约5:1的比例被压紧。

在第四实施方式或任何其他实施方式中，每个致密化木材片含有的木质素比用以形成所述片的天然木材少。在第四实施方式或任何其他实施方式中，每个致密化木材片含有天然木材中1％至99％的木质素。在第四实施方式或任何其他实施方式中，每个致密化木材片含有天然木材中5％至95％的木质素。

在第四实施方式或任何其他实施方式中，每个致密化木材片含有1％至25％的木质素。在第四实施方式或任何其他实施方式中，每个致密化木材片含有5％至16％的木质素。

在第四实施方式或任何其他实施方式中，与用以形成所述片的天然木材相比，每个致密化木材片的拉神强度、挠曲强度、延展性、断裂韧性、划痕硬度、硬度模量、冲击韧性、抗压强度和/或弹性刚度增加。

在第四实施方式或任何其他实施方式中，每个致密化木材片形成为平板、块、棍、条、空心形状、膜、厚度小于200μm的薄膜、木碎片或薄木片。

在第四实施方式或任何其他实施方式中，每个致密化木材片的比拉伸强度为至少300MPa cm³/g。

在一个或多个第五实施方式中，一种材料，包括第一或第三实施方式的结构、第四实施方式的层压板或由第三实施方式的方法形成的结构。

在一个或多个第六实施方式中，第五实施方式的材料形成为汽车、火车、卡车、飞机、船、艇或任何其他交通工具、运载工具或运输工具的内部或外部部件。

在一个或多个第六实施方式中，第五实施方式的材料形成集装箱、箱子或装运板条箱的一部分。

在一个或多个第六实施方式中，第五实施方式的材料形成为仓库、工厂、办公楼、谷仓、住宅或任何其他建筑物或结构的内部或外部部件。在一个或多个第六实施方式中，第五实施方式的材料形成展览、装饰、窗框、画框、门或门框、桌子、书桌、椅子、橱柜、衣柜、床或任何其他家具或家居的一部分。在一个或多个第六实施方式中，第五实施方式的材料形成桥梁、船坞、甲板或平台的一部分。在一个或多个第六实施方式中，第五实施方式的材料形成乐器的一部分。在一个或多个第六实施方式中，第五实施方式的材料形成保护盖、防爆罩或其他保护装置的一部分。在一个或多个第六实施方式中，第五实施方式的材料形成工具、运动设备或运动用品的一部分。

在本申请中，除非另有特别说明，否则单数的使用包括复数，单独使用“或”与“和”包括另一个，即“和/或”。此外，使用术语“包括”或“具有”以及其他形式，如“包括”、“所包括的”、“具有”或“有”旨在在具有与“包含”相同的作用，因此不应理解为限制。

本文描述的任何范围将被理解为包括端点和端点之间的所有值。每当“基本上”、“近似”、“本质上”、“接近”或类似的语言与具体的值结合使用时，除非另有明确说明，否则是指不高于且包括所述值的10％的变化。

在某些情况下，上述描述适用于实验室，但这些示例可以扩展到生产技术。因此，如果数量和技术适用于实验室，则不应理解为限制。

因此，显而易见的是，根据本发明提供了强韧结构木质材料及其制造方法和用途。本发明实现了许多替代、修改和变化。虽然已经详细地示出和描述了具体示例来说明本发明的原理的应用，但是应当理解，本发明也可以在不脱离这些原理的情况下以其他方式实现。例如，所公开的特征可以被组合、重新排列、省略等以产生额外的实施方式，而某些所公开的特征有时可以被用于优势而不必相应地使用其他特征。因此，申请人的目的是包含本发明的精神和范围内的所有此类替代、修改、等效和变化。

Claims

1.一种结构，其包括：

包括天然木材的第一片，其已被化学处理以从其中部分去除木质素同时基本上保留了纤维素基管腔的结构，然后再在与管腔延伸方向交叉的第一方向上进行按压，使得所述管腔至少部分塌陷。

2.根据权利要求1所述的结构，其中，与天然木材的厚度相比，所述第一片在所述第一方向上的厚度减少了至少60％。

3.根据权利要求2所述的结构，其中，与天然木材的厚度相比，所述第一片的厚度减少了至少80％。

4.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一片保留了至少一些木质素。

5.根据权利要求4所述的结构，其中，通过化学处理，天然木材中5％至95％的木质素已被去除。

6.根据权利要求5所述的结构，其中，通过化学处理，天然木材中23％至60％的木质素已被去除。

7.根据权利要求6所述的结构，其中，在化学处理后所述第一片保留了约55％的来自天然木材的木质素。

8.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一片中塌陷的管腔的面对部分通过氢键保持在一起。

9.根据权利要求1所述的结构，其中，与化学处理前的天然木材相比，所述第一片的拉伸强度、挠曲强度、延展性、断裂韧性、刮擦硬度、硬度模量、冲击韧性、压缩强度和/或弹性刚度增加。

10.根据权利要求9所述的结构，其中，所述第一片的拉伸强度比化学处理前的天然木材的拉伸强度大至少5倍。

11.根据权利要求9所述的结构，其中，所述第一片的拉伸强度为至少350MPa。

12.根据权利要求9所述的结构，其中，所述第一片的延展性与化学处理前的天然木材的延展性相同。

13.根据权利要求9所述的结构，其中，所述第一片的断裂韧性比化学处理前的天然木材的断裂韧性大至少5倍。

14.根据权利要求9所述的结构，其中，所述第一片的弹性刚度比化学处理前的天然木材的弹性刚度大至少5倍。

15.根据权利要求9所述的结构，其中，所述第一片的刮擦硬度比化学处理前的天然木材的刮擦硬度大至少5倍。

16.根据权利要求9所述的结构，其中，所述第一片的冲击韧性是比化学处理前的天然木材的冲击韧性大至少5倍。

17.根据权利要求9所述的结构，其中，所述第一片的硬度模量比化学处理前的天然木材的硬度模量大至少5倍。

18.根据权利要求9所述的结构，其中，所述第一片沿延伸方向的挠曲强度比化学处理前的天然木材的挠曲强度大至少5倍，所述第一片垂直于延伸方向的挠曲强度比化学处理前的天然木材的挠曲强度大至少5倍。

19.根据权利要求9所述的结构，其中，所述第一片沿延伸方向的压缩强度比化学处理前的天然木材的压缩强度大至少5倍，所述第一片垂直于延伸方向的压缩强度比化学处理前的天然木材的压缩强度大至少5倍。

20.根据权利要求1所述的结构，其中，与化学处理前的天然木材相比，所述第一片的密度增加。

21.根据权利要求20所述的结构，其中，所述第一片的密度比化学处理前的天然木材的密度大至少2倍。

22.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一片具有大于300MPa cm³/g的比拉伸强度。

23.根据权利要求22所述的结构，其中，所述第一片具有约450MPa cm³/g的比拉伸强度。

24.根据权利要求1所述的结构，其中，所述塌陷的管腔的纤维素纳米纤维沿延伸方向基本上排列整齐。

25.根据权利要求1所述的结构，其中，在横截面视图中，所述第一片在管腔的壁之间基本上没有任何空隙。

26.根据权利要求1所述的结构，其中，所述天然木材包括硬木或软木。

27.根据权利要求26所述的结构，其中，所述天然木材包括椴木、橡木、杨木、白蜡木、桤木、山杨、轻木、山毛榉木、桦木、樱桃木、胡桃木、栗子木、黄檀木、榆木、山核桃木、枫木、栎木、紫檀木、李子木、核桃木、柳木、黄杨木、水松木、雪松木、柏木、道格拉斯冷杉木、冷杉木、铁杉木、落叶松木、松木、红木、云杉木、北美落叶松木、杜松木和紫杉木中的至少一者。

28.根据权利要求1所述的结构，其还包括：

包括天然木材的第二片，其已被化学处理以从其中部分去除木质素同时基本上保留了纤维素基管腔的结构，然后再在与管腔延伸方向交叉的方向上进行按压，使得所述管腔至少部分塌陷，

其中，所述第一和第二片沿着面对的表面彼此连接，并且所述第一片的管腔的延伸方向与所述第二片的管腔的延伸方向交叉。

29.根据权利要求28所述的结构，其中，所述第一片的管腔的延伸方向与所述第二片的管腔的延伸方向正交。

30.根据权利要求28所述的结构，其中，所述第一片和第二片通过它们面对的表面之间的氢键彼此连接。

31.根据权利要求28所述的结构，其中，所述第一片和第二片通过它们面对的表面之间的胶或环氧树脂彼此连接。

32.根据权利要求28所述的结构，其中，所述第一片和第二片中的每一个形成为平板、块、棒、条、空心形状、膜、厚度小于200μm的薄膜、木材碎片或薄木片。

33.根据权利要求28所述的结构，其还包括多个额外的第一片和第二片，所述额外的第一片和第二片与所述第一片和第二片连接在一起，形成多层层压结构。

34.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一片形成为平板、块、棒、条、空心形状、膜、厚度小于200μm的薄膜、木材碎片或薄木片。

35.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一片包括包含在所述第一片的塌陷管腔和/或外表面内的非原生颗粒。

36.根据权利要求35所述的结构，其中，所述非原生颗粒包括疏水性纳米颗粒。

37.根据权利要求36所述的结构，其中，所述纳米颗粒包括SiO₂纳米颗粒。

38.根据权利要求35所述的结构，其中，所述非原生颗粒使所述第一片具有疏水性。

39.根据权利要求38所述的结构，其中，所述第一片具有至少90^°的静态接触角或小于10^°的动态接触角。

40.根据权利要求39所述的结构，其中，所述第一片具有大于150^°的静态接触角和小于5^°的动态接触角。

41.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一片已被化学处理，以具有疏水性。

42.根据权利要求41所述的结构，其中，所述疏水性化学处理包括环氧树脂、硅油、聚氨酯、石蜡乳液、醋酸酐、十八烷基三氯硅烷(OTS)、1H、1H、2H、2H-全氟癸基三乙氧基硅烷、氟树脂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、甲基丙烯酰氧基甲基三甲基硅烷(MSi)、多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)，甲基硅酸钾(PMS)、十二烷基(三甲氧基)硅烷(DTMS)、六甲基二硅氧烷、二甲基二乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三氯硅烷、乙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、三甲基氯硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯，聚二烯丙基二甲基氯化铵(polyDADMAC)、甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅烷基)丙酯(MPS、疏水性硬脂酸、两亲性氟化三嵌段叠氮共聚物、聚偏氟乙烯和氟化硅烷、正十二烷基三甲氧基硅烷和十二烷基硫酸钠中的至少一者。

43.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一片已被化学处理，以具有耐候性或耐盐水性。

44.根据权利要求43所述的结构，其中，用于所述耐候性或耐盐水性的化学处理包括二甲基二硫代氨基甲酸铜(CDDC)、铜氨(胺)季铵盐(ACQ)、铬化砷酸铜(CCA)、氨铜锌砷酸盐(ACZA)、环烷酸铜、酸性铬酸铜、柠檬酸铜、铜唑、8-羟基喹啉酸铜、五氯酚，环烷酸锌、环烷酸铜、杂酚油、二氧化钛、丙环唑、戊唑醇、环丙唑醇、硼酸、硼砂、有机碘化物(IPBC)和Na₂B₈O₁₃·4H₂O中的至少一者。

45.根据权利要求1所述的结构，其还包括在所述第一片的一个或多个外表面上的涂层。

46.根据权利要求45所述的结构，其中，所述涂层包括油基涂料、疏水性涂料、聚合物涂层或耐火涂层。

47.根据权利要求46所述的结构，其中，所述耐火涂层包括氮化硼、蒙脱石粘土、水滑石、二氧化硅(SiO₂)、硅酸钠、碳酸钙(CaCO₃)、氢氧化铝(Al(OH)₃)、氢氧化镁(Mg(OH)₂)、碳酸镁(MgCO₃)、硫酸铝、硫酸铁、硼酸锌、硼酸、硼砂、磷酸三苯酯(TPP)、三聚氰胺、聚氨酯、聚磷酸铵、磷酸盐、亚磷酸酯、磷酸铵、硫酸铵、膦酸盐、磷酸二铵(DAP)、磷酸二氢铵、磷酸一铵(MAP)、磷酸脒基脲(GUP)、磷酸二氢胍和五氧化二锑中的至少一者。

48.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一片包括在其中的聚合物。

49.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一片内的管腔完全塌陷。

50.一种方法，包括：

(a)用化学溶液处理天然木材片以便部分除去其中的木质素，同时基本上保留了纤维素基管腔的结构，所述管腔在第一方向延伸；和

(b)处理后，在与第一方向交叉的第二方向上按压经化学处理的木材片持续第一时间，使得管腔至少部分塌陷。

51.根据权利要求50所述的方法，其中，在20℃与120℃之间的温度下和0.5MPa与10MPa之间的压力下进行按压。

52.根据权利要求51所述的方法，其中，在约100℃的温度下和约5MPa的压力下进行按压。

53.根据权利要求50所述的方法，其中，所述第一时间为至少5分钟。

54.根据权利要求53所述的方法，其中，所述第一时间为1小时。

55.根据权利要求50所述的方法，其中，所述按压有效地从经化学处理的木材中至少去除水。

56.根据权利要求50所述的方法，其中，在没有任何中间干燥步骤的情况下，在所述处理后进行按压。

57.根据权利要求50所述的方法，其中，所述化学溶液包括NaOH、Na₂S、NaHSO₃、SO₂、H₂O、Na₂SO₃、蒽醌(AQ)、Na₂S_n(其中n是整数)、CH₃OH、C₂H₅OH、C₄H₉OH、HCOOH、NH₃、p-TsOH、NH₃-H₂O、H₂O₂、NaClO、NaClO₂、CH₃COOH(醋酸)、ClO₂和Cl₂中的至少一者。

58.根据权利要求57所述的方法，其中，所述化学溶液包括NaOH与Na₂SO₃的混合物。

59.根据权利要求58所述的方法，其中，所述化学溶液包括2.5M的NaOH和0.4M的Na₂SO₃。

60.根据权利要求50所述的方法，其中，所述化学溶液是沸腾的。

61.根据权利要求50所述的方法，其还包括：在按压前和处理后，将经化学处理的木材片浸泡在溶剂中以去除所述片中残余的化学溶液。

62.根据权利要求61所述的方法，其中，所述溶剂包括沸腾的去离子(DI)水。

63.根据权利要求50所述的方法，其中，所述处理包括将天然木材片浸泡在化学溶液中至少0.5小时。

64.根据权利要求63所述的方法，其中，所述天然木材片浸泡在化学溶液中0.1小时至72小时，0.1小时和72小时包含在内。

65.根据权利要求50所述的方法，其中，在真空下进行所述处理，使得化学溶液渗透至天然木材片的管腔中。

66.根据权利要求50所述的方法，其中，所述处理后的所述片保留至少一些半纤维素和木质素。

67.根据权利要求66所述的方法，其中，通过所述处理，5％至95％的木质素已从所述片中去除。

68.根据权利要求50所述的方法，其中，在按压后，所述经化学处理的木材片内的管腔完全塌陷。

69.根据权利要求50所述的方法，其还包括：在按压前将聚合物引入管腔中，其中，在按压后，所述聚合物置于所述管腔内。

70.根据权利要求50所述的方法，其还包括：在按压后涂覆所述片的一个或多个外表面。

71.根据权利要求70所述的方法，其中，所述涂层包括油基涂料、疏水性涂料、聚合物涂层或耐火涂层。

72.根据权利要求71所述的方法，其中，所述耐火涂层包括氮化硼、蒙脱石粘土、水滑石、二氧化硅(SiO₂)、硅酸钠、碳酸钙(CaCO₃)、氢氧化铝(Al(OH)₃)、氢氧化镁(Mg(OH)₂)、碳酸镁(MgCO₃)、硫酸铝、硫酸铁、硼酸锌、硼酸、硼砂、磷酸三苯酯(TPP)、三聚氰胺、聚氨酯、聚磷酸铵、磷酸盐、亚磷酸酯、磷酸铵、硫酸铵、膦酸盐、磷酸二铵(DAP)、磷酸二氢铵、磷酸一铵(MAP)、磷酸脒基脲(GUP)、磷酸二氢胍和五氧化二锑中的至少一者。

73.根据权利要求50所述的方法，其还包括：在按压前将多个非原生颗粒附着在管腔的内表面上，其中，在按压后，所述非原生颗粒结合在塌陷的管腔中。

74.根据权利要求73所述的方法，其中，所述非原生颗粒包括疏水性纳米颗粒。

75.根据权利要求74所述的方法，其中，所述纳米颗粒包括SiO₂纳米颗粒。

76.根据权利要求73所述的方法，其中，所述非原生颗粒使经化学处理的木材片具有疏水性。

77.根据权利要求76所述的方法，其中，按压后，所述经化学处理的木材片具有至少90^°的静态接触角或小于10^°的动态接触角。

78.根据权利要求77所述的方法，其中，按压后，所述经化学处理的木材片具有大于150^°的静态接触角和小于5^°的动态接触角。

79.根据权利要求50所述的方法，其还包括：

(c)在(a)后，对经化学处理的木材进行进一步化学处理，使所述木材具有疏水性。

80.根据权利要求79所述的方法，其中，在(b)之前进行(c)。

81.根据权利要求79所述的方法，其中，所述疏水性化学处理包括环氧树脂、硅油、聚氨酯、石蜡乳液、醋酸酐、十八烷基三氯硅烷(OTS)、1H、1H、2H、2H-全氟癸基三乙氧基硅烷、氟树脂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、甲基丙烯酰氧基甲基三甲基硅烷(MSi)、多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)、甲基硅酸钾(PMS)、十二烷基(三甲氧基)硅烷(DTMS)、六甲基二硅氧烷、二甲基二乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三氯硅烷、乙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、三甲基氯硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯，聚二烯丙基二甲基氯化铵(polyDADMAC)、甲基丙烯酸3-(三甲氧基硅烷基)丙酯(MPS、疏水硬脂酸、两亲性氟化三嵌段叠氮共聚物、聚偏氟乙烯和氟化硅烷、正十二烷基三甲氧基硅烷和十二烷基硫酸钠中的至少一者。

82.根据权利要求50所述的方法，其还包括：

(c)在(a)后，对经化学处理的木材进行进一步化学处理以提高耐候性或耐盐水性。

83.根据权利要求82所述的方法，其中，用于所述耐候性或耐盐水性的化学处理包括二甲基二硫代氨基甲酸铜(CDDC)、铜氨(胺)季铵盐(ACQ)、铬化砷酸铜(CCA)、氨铜锌砷酸盐(ACZA)、环烷酸铜、酸性铬酸铜、柠檬酸铜、铜唑、8-羟基喹啉酸铜、五氯酚，环烷酸锌、环烷酸铜、杂酚油、二氧化钛、丙环唑、戊唑醇、环丙唑醇、硼酸、硼砂、有机碘化物(IPBC)和Na₂B₈O₁₃·4H₂O中的至少一者。

84.根据权利要求50所述的方法，其中，所述塌陷的管腔的纤维素纳米纤维沿第一方向基本上排列整齐。

85.根据权利要求50所述的方法，其中，按压后，在横截面视图中，所述片在管腔的壁之间基本上没有任何空隙。

86.根据权利要求50所述的方法，其中，所述天然木材包括硬木或软木。

87.根据权利要求86所述的结构，其中，所述天然木材包括椴木、橡树、杨木、白蜡木、桤木、山杨、轻木、山毛榉木、桦木、樱桃木、胡桃木、栗子木、黄檀木、榆木、山核桃木、枫木、栎木、紫檀木、李子木、核桃木、柳木、黄杨木、水松木、雪松木、柏木、道格拉斯冷杉木、冷杉木、铁杉木、落叶松木、松木、红木、云杉木、北美落叶松木、杜松木和紫杉木的至少一种。

88.根据权利要求50所述的方法，其中，按压后，与处理前的天然木材相比，所述片的拉伸强度、挠曲强度、延展性、断裂韧性、刮擦硬度、硬度模量、冲击韧性、压缩强度和/或弹性刚度中的至少一者增加。

89.根据权利要求50所述的方法，其中，按压后，所述片具有：

比处理前的天然木材的密度大至少2倍的密度；和

在第二方向上比处理前的天然木材的厚度减少了至少60％的厚度。

90.根据权利要求89所述的方法，其中，按压后的所述片的厚度比天然木材的厚度减少了至少80％。

91.根据权利要求50所述的方法，其中，所述按压包括在所述塌陷的管腔的面对部分之间形成氢键。

92.根据权利要求50所述的方法，其中，所述片形成为平板、块、棒、条、膜、薄膜、空心形状、木材碎片或薄木片。

93.根据权利要求92所述的方法，其中，所述薄膜的厚度为200μm或更少。

94.根据权利要求50所述的方法，其还包括：

(c)对一个或多个额外的天然木材片重复(a)和(b)；和

(d)将得到的被按压的经化学处理的木材片连接在一起。

95.根据权利要求94所述的方法，其中，连接在一起的被按压的经化学处理的木材片中至少一些的各自第一方向彼此交叉。

96.根据权利要求95所述的方法，其中，所述交叉的第一方向彼此正交。

97.根据权利要求94所述的方法，其中，(d)包括将被按压的经化学处理的木材片进一步按压一起，使得面对的表面是氢键键合的。

98.根据权利要求94所述的方法，其还包括：

在每个(a)后，将经化学处理的片布置与其他经化学处理的片接触，

其中，对布置的片同时进行(b)中的按压，以实现(d)中的连接在一起。

99.根据权利要求94所述的方法，其中，(d)包括将胶或环氧树脂施用于经化学处理木材片的面对的表面。

100.根据权利要求50所述的方法，其还包括：在(b)后，将所述经化学处理的木材片加工为或使所述经化学处理的木材片形成为所需的形状或构造。

101.一种结构，包括一个致密化木材片，其中，其内的管腔完全塌陷，在横截面视图中，在所述管腔的细胞壁之间无任何空隙。

102.根据权利要求101所述的结构，其中，所述致密化木材片已以至少5：2的比例被压紧。

103.根据权利要求102所述的结构，其中，所述致密化木材片已以约5：1的比例被压紧。

104.根据权利要求101所述的结构，其中，所述致密化木材片含有比用于形成所述片的天然木材中更少的木质素。

105.根据权利要求104所述的结构，其中，所述致密化木材片含有天然木材中木质素的5％至95％。

106.根据权利要求105所述的结构，其中，所述致密化木材片含有1％至25％的木质素。

107.根据权利要求101所述的结构，其中，与用于形成所述片的天然木材相比，所述致密化木材片的拉伸强度、挠曲强度、延展性、断裂韧性、刮擦硬度、硬度模量、冲击韧性、压缩强度和/或弹性刚度增加。

108.根据权利要求101所述的结构，其中，所述致密化木材片具有至少300MPa cm³/g的比拉伸强度。

109.一种层压板，包括：

多个致密化木材片，在横截面视图中，每个片具有至少部分塌陷的管腔，所述管腔在各自的延伸方向上延伸，

其中，致密化木材片中至少一些的延伸方向彼此相交，和

所述多个致密化木材片连接在一起。

110.根据权利要求109所述的层压板，其中，每个片都具有完全塌陷的管腔，在横截面视图中，所述管腔的壁之间无任何空隙。

111.根据权利要求110所述的层压板，其中，所述相邻的致密化木材片沿面对的表面彼此连接。

112.根据权利要求111所述的层压板，其中，所述相邻的片通过面对的表面之间的氢键连接在一起。

113.根据权利要求111所述的层压板，其中，所述相邻的片通过面对的表面之间的胶或环氧树脂连接在一起。

114.根据权利要求110所述的层压板，其中，

将第一组致密化木材片放置在第一层中，

将第二组致密化木材片放置在第一层之上的第二层中，和

所述第一层和第二层通过各层中相邻片之间的面对的表面彼此连接。

115.根据权利要求110所述的层压板，其中，相邻对的致密化木材片的延伸方向彼此正交。

116.根据权利要求110所述的层压板，其中，每个致密化木材片已以至少5：2的比例被压紧。

117.根据权利要求116所述的层压板，其中，每个致密化木材片已以约5：1的比例被压紧。

118.根据权利要求110所述的层压板，其中，每个致密化木材片含有比用于形成所述片的天然木材更少的木质素。

119.根据权利要求118所述的层压板，其中，每个致密化木材片含有天然木材中木质素的5％至95％。

120.根据权利要求119所述的层压板，其中，所述致密化木材片含有5％至16％的木质素。

121.根据权利要求110所述的层压板，其中，与用于形成所述片的天然木材相比，每个致密化木材片的拉伸强度、挠曲强度、延展性、断裂韧性、刮擦硬度、硬度模量、冲击韧性、压缩强度和/或弹性刚度增加。

122.根据权利要求110所述的层压板，其中，每个致密化木材片形成为平板、块、棒、条、空心形状、膜、厚度小于200μm的薄膜、木材碎片或薄木片。

123.根据权利要求110所述的层压板，其中，每个致密化木材片具有至少300MPa cm³/g的比拉伸强度。

124.一种材料，包括：

权利要求1-49中任意一项所述的结构；

权利要求101-108中任意一项所述的结构；

权利要求109-123中任意一项所述的层压板；或

由权利要求50-100中任意一项所述的方法形成的结构。

125.根据权利要求124所述的材料，其中，所述材料形成为汽车、火车、卡车、飞机、轮船、舰艇或任何其他交通工具、运载工具或运输工具的内部或外部部件。

126.根据权利要求124所述的材料，其中，所述材料形成为集装箱、箱子或装运条板箱的一部分。

127.根据权利要求124所述的材料，其中，所述材料可形成为仓库、工厂、办公楼、谷仓、住宅或任何其他建筑或结构的内部或外部部件。

128.根据权利要求124所述的材料，其中，所述材料形成展览、装饰、窗框、画框、门或门框、桌子、书桌、椅子、橱柜、衣柜、床或任何其他家具或家居装饰的一部分。

129.根据权利要求124所述的材料，其中，所述材料形成桥梁、船坞、甲板或平台的一部分。

130.根据权利要求124所述的材料，其中，所述材料形成乐器的一部分。

131.根据权利要求124所述的材料，其中，所述材料形成保护盖、防爆罩或其他防护装置的一部分。

132.根据权利要求124所述的材料，其中，所述材料形成工具、运动器材或运动用品的一部分。