CN111251394A - 一种提高木材渗透性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高木材渗透性的方法，采用微波处理的方式对木材进行处理，对微波预处理设备的谐振腔底部进行预热，使木材在某一预设温度下进行微波处理。针对微波预处理木材过程中各木材试件升温速率差异较大导致各木材试件微波处理后渗透性效果提升程度差异大的问题，本发明采用了对微波预处理设备的谐振腔底部进行预热、用预测试温度的木材试件进行微波处理的同时控制升温速率，并严格控制前后试件微波处理的时间间隔，来控制缩小后续微波处理过程中各木材试件的升温速率的差异，从而缩小各木材试件微波处理后渗透性效果提升程度的差异。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高木材渗透性的方法，属于木材改性技术领域。
背景技术
在对木材浸渍改性的过程中，存在着浸渍剂中有效成分进入木材的深度小、分布均匀性低，木材载药率低等问题。
高强度微波可以使木材中的水分迅速升温而汽化，细胞内的蒸汽压随之提高，使木材微观构造产生不同程度的裂隙，使木材内部形成新的流体通道，提高木材的渗透性。
采用微波预处理的方法来提高木材渗透性具有时间短的特点，并且微波功率越大，木材渗透性的提升效果越好。
在对木材进行微波预处理的过程中，即使木材试件的形状尺寸、材种、含水率以及微波功率相同，木材的升温速率差异依然很大。木材的升温速率将极大的影响细胞内的蒸汽压，从而影响木材渗透性的提升效果。
发明内容
为克服现有技术的不足之处，本发明提供了一种提高木材渗透性的方法。
本发明采取的技术方案为：
一种提高木材渗透性的方法，采用微波处理的方式对木材进行处理，其特征在于：对微波预处理设备的谐振腔底部进行预热，使木材在某一预设温度下进行微波处理。
优选的，其步骤包括：
(5)制备材质、形状、尺寸基本一致的木材试件，调整木材试件含水率，使木材试件含水率基本一致；
(6)对微波预处理设备的谐振腔底部进行预热；
(7)采用微波预处理设备对木材试件进行预测试处理，以获得合适的微波处理温度；
(8)采用微波预处理设备，在步骤(3)获得的微波处理温度下对木材试件进行微波处理，然后用烘箱烘干。
优选的，步骤(1)中控制含水率在10％～26％区间内的某一值，且同一批试件之间的含水率误差为±2，例如欲将本批试件的含水率控制在15％时，则14-16％含水率的木材试件均为合格。
优选的，步骤(2)中对于不具有底部电加热器的微波预处理设备，预热方式为：在谐振腔底部中央放入装有水的非金属容器，容器底部与谐振腔底部充分接触，并且形状和尺寸大于等于木材试件，微波加热至水正好沸腾，取出；对于具有底部电加热器的微波预处理设备，采用底部电加热的方式使谐振腔底部温度上升至至某一预设温度，保持温度稳定10分钟后再进行步骤(3)，并在后续步骤过程中维持底部电加热。
优选的，所述步骤(3)中将预测试温度的木材试件摆放于谐振腔底部的中央，进行微波处理，使试件温度至少上升至该预设温度，结束对这一木材试件的微波处理，取出木材试件并记录微波处理木材试件的所用时间，随后放入下一个预测试温度的木材试件，以这一预设温度所对应的微波处理时间对第二个及之后的预测试温度试件进行微波处理，重复这一步骤至微波处理木材试件所达到的温度基本相同，即木材试件升温速率已经相对稳定；其中取出上一木材试件，放入下一木材试件的时间间隔为一固定值，其误差不超过±0.5s。
预热及预处理的过程均是为了使后续木材试件的升温速率保持稳定。
优选的，所述步骤(4)中将木材试件摆放于谐振腔底部的中央进行微波处理，微波处理的时间为这一预设温度所对应的微波处理时间，结束对这一木材试件的微波处理，取出木材试件，放入下一个木材试件，重复该步骤至所有木材试件处理完毕，其中取出上一木材试件，放入下一木材试件的时间间隔为一固定值，其误差不超过±0.5s。
优选的，将微波处理后的木材试件放入60℃的烘箱内烘至含水率10％以下后，升高烘箱温度至103℃使木材试件达到绝干。
优选的，微波预处理设备的微波频率采用915MHz～2450MHz。
本发明的有益效果：
(1)针对木材浸渍改性过程中浸渍液的有效成分难以充分进入木材内部且在木材内部分布不均匀的问题，采用微波对木材预处理使木材产生大量宏观和微观裂缝，使木材试件的渗透性在短时间内迅速提高，浸渍液中的有效成分更容易进入木材内部，且分布更为均匀，同时内应力释放。
(2)针对微波预处理木材过程中各木材试件升温速率差异较大导致各木材试件微波处理后渗透性效果提升程度差异大的问题(特别是厚度小的木材试件)，本发明采用了对微波预处理设备的谐振腔底部进行预热、用预测试温度的木材试件进行微波处理的同时观察升温速率，并严格控制前后试件微波处理的时间间隔，来控制缩小后续微波处理过程中各木材试件的升温速率的差异，从而缩小各木材试件微波处理后渗透性效果提升程度的差异。
(3)微波处理提高木材渗透性的方法具有时间短、效率高的特点。
具体实施方式
实施例1：
(1)木材试件为尺寸为长100mm，宽100mm，厚度为2mm的杨木单板，表面干净平整，无节子和开裂等缺陷。将木材试件用320目砂纸进行简单的打磨去除表面毛刺。用洗耳球吹去表面浮屑。
(2)木材试件放入设定温度为25℃，相对湿度为60％的恒温恒湿箱中48小时，使试件的含水率控制在10％～13％。
(3)微波预处理设备的微波频率为2450MHz，微波源输出功率选取800w，谐振腔的尺寸为320mm×315mm×210mm，微波体积功率为37.8kW/m3，无底部电加热器。
(4)木材试件分为A、B、C三组。
(5)A组木材试件微波处理：把木材试件平放于微波预处理设备的谐振腔底部中央位置，微波处理试件50s后结束，取出木材试件并放入下一个预测试温度的木材试件进行微波处理，记录微波处理每个木材试件的所用时间和所达到的温度。(每次微波处理时木材试件的摆放位置应一致，一次仅微波处理一个木材试件。并且未严格控制前一个木材试件微波处理完成至后一个木材试件微波处理开始的时间间隔。)试件经过微波处理50s后，所达到的温度平均值为129.0℃，极差为26.7℃，标准差为7.980℃。
(6)B组木材试件微波处理：底部直径大于150mm的烧杯加入250毫升的水，将烧杯放入微波预处理设备的谐振腔底部中央位置，微波处理至水刚好沸腾，取出烧杯。迅速将预测试温度的木材试件平放于微波预处理设备的谐振腔底部中央位置，微波处理试件温度至135℃以上后结束微波辐射，迅速取出预测试温度的木材试件并放入下一块预测试温度的木材试件，摆放位置应与上一试件相同，进行微波处理。当预测试温度的试件在微波处理50s时温度能达到132℃～138℃并稳定于这个区间时，开始正式试验(大概试验4～6个并且前一个木材试件微波处理完成至后一个木材试件微波处理开始的时间间隔控制在2s～3s内预测试温度的试件后，即能达到该条件)。把木材试件平放于微波预处理设备的谐振腔底部中央位置，微波处理使试件温度在50s时上升至132℃～138℃，结束对这一木材试件的微波处理，迅速取出木材试件并放入下一个预测试温度的木材试件进行微波处理，记录微波处理每个木材试件的所用时间和试件所达到的温度。(每次微波处理时木材试件的摆放位置应一致，一次仅微波处理一个木材试件，预测试温度的试件不参与后续数据统计)试件经过微波处理50s后，所达到的温度平均值为135.5℃，极差为6℃，标准差为2.225℃。
(7)C组木材试件作为对照样，不做微波处理。
(8)将A、B、C三组试件放入60℃的烘箱内烘至含水率10％以下后，升高烘箱温度至103℃使木材试件达到绝干。将试件放入盛有干燥剂的干燥器中充分降温至常温，称量试件质量并记录(单位为克，精确到小数点后3位)。
(9)干燥后的三组木材试件在真空浸渍罐内整齐堆放，木材试件之间留有空隙，顶部用重物压住。
(10)配置20％的PEG2000水溶液作为浸渍液，将浸渍液注入真空浸渍罐，至液面高于试件顶部约2厘米，进行真空-常压浸渍。抽真空时间为60min，真空度达到-0.1MPa，常压浸渍时间为90min。
(11)取出木材试件，用蒸馏水简单冲洗表面，用纸巾除去表面多余水分后，放入60℃恒温鼓风干燥箱中烘3小时，升高烘箱温度至103℃烘2小时，使木材试件达到绝干。
(12)将浸渍并烘干后的木材试件放入盛有干燥剂的干燥器中充分降温至常温，称量试件质量并记录(单位为克，精确到小数点后3位)，计算木材试件的增重率。以同样的工艺用20％浓度的PEG2000真空-常压浸渍后，三组试件增重率统计如表1，微波预处理过程中经过谐振腔预热和预测试木材试件温度的B组木材试件相较于A组试件，平均增重率的提升程度更高，并且增重率的方差和极差得到有效的减小。
表1三组试件增重率统计
本实施例中，A组不进行谐振腔的预热，因此升温速率比B组慢，木材内部水分蒸发汽化在木材内部产生的蒸汽膨胀动力较弱，则将在木材内部产生的微观裂隙较少，对木材渗透性的提升效果不及B组。
A组不进行预测试温度并且对前后试件处理的时间间隔不加以控制，导致每个试件放入谐振腔时，谐振腔底部所留下的余温都不同，因此同组试件升温速率差异较大，对木材渗透性的提升效果差异也较大。
实施例2：
(1)木材试件为尺寸为长100mm，宽100mm，厚度为2mm的杨木单板，表面干净平整，无节子和开裂等缺陷。将木材试件用320目砂纸进行简单的打磨去除表面毛刺。用洗耳球吹去表面浮屑。
(2)木材试件放入设定温度为25℃，相对湿度为60％的恒温恒湿箱中48小时，使试件的含水率控制在10％～13％。
(3)微波预处理设备的微波频率为2450MHz，微波源功率选取850w，谐振腔的尺寸为300mm×300mm×300mm，微波体积功率为31kW/m3，无底部电加热器。
(4)底部直径大于150mm的烧杯加入250毫升的水，将烧杯放入微波预处理设备的谐振腔底部中央位置，微波处理至水刚好沸腾，取出烧杯。迅速将预测试温度的木材试件平放于微波预处理设备的谐振腔底部中央位置，微波处理试件温度至135℃以上后结束微波辐射，迅速取出预测试温度的木材试件并放入下一块预测试温度的木材试件，摆放位置应与上一试件相同，进行微波处理。当预测试温度的试件在微波处理50s时温度能达到132℃～138℃并稳定于这个区间时，开始正式试验。把木材试件平放于微波预处理设备的谐振腔底部中央位置，微波处理使试件温度在50s时上升至132℃～138℃，结束对这一木材试件的微波处理，迅速取出木材试件并放入下一个预测试温度的木材试件进行微波处理，记录微波处理每个木材试件的所用时间和试件所达到的温度。(每次微波处理时木材试件的摆放位置应一致，一次仅微波处理一个木材试件，预测试温度的试件不参与后续数据统计)
(5)舍弃已使用的预测试温度的木材试件，将微波处理后的其他木材试件和未经过微波处理的对照样木材试件放入60℃的烘箱内烘至含水率10％以下后，升高烘箱温度至103℃使木材试件达到绝干。将试件放入盛有干燥剂的干燥器中充分降温至常温，称量试件质量并记录(单位为克，精确到小数点后3位)。
(6)干燥后的微波预处理木材试件和对照样木材试件在真空浸渍罐内整齐堆放，木材试件之间留有空隙，顶部用重物压住。
(7)配置20％的三聚氰胺甲醛树脂水溶液作为浸渍液，将浸渍液注入真空浸渍罐，至液面高于试件顶部约2厘米，进行真空-常压浸渍。抽真空时间为60min，真空度达到-0.1MPa，常压浸渍时间为90min。
(8)取出木材试件，用蒸馏水简单冲洗表面，用纸巾除去表面多余水分后，放入60℃恒温鼓风干燥箱中烘3小时，升高烘箱温度至120℃烘2小时，使木材试件中的三聚氰胺甲醛树脂得到充分固化，并达到绝干。
将浸渍并烘干后的木材试件放入盛有干燥剂的干燥器中充分降温至常温，称量试件质量并记录(单位为克，精确到小数点后3位)，计算木材试件的增重率。以同样的工艺用20％浓度三聚氰胺甲醛树脂真空-常压浸渍后，微波处理后木材试件的平均增重率为未经过微波预处理的对照样木材试件的1.40倍。
关于某一预设温度及该预设温度所对应微波预处理时间的确定：
1.微波功率的选择
理论上试件升温速率越快，木材内部水分蒸发汽化在木材内部产生的蒸汽膨胀动力越强，则将在木材内部产生更多的微观裂隙，对木材渗透性的提升效果也越佳。因此对于微波功率(或者微波强度)的选择通常采用微波预处理设备所能达到的最大输出功率，能达到最佳的效果，但在较低输出功率时采用本发明方法，也能使各木材试件升温速率基本稳定，最终浸渍的木材试件增重率在一定范围内。
2.微波辐射时间及预设温度的选择
在设定的微波输出功率下，微波时间从0s开始每隔10s(若是微波输出功率很大可酌情缩短时间水平取值间隔)取一水平进行实验。每组实验正式开始前都需要经过谐振腔预热，并且前一个木材试件(或者预测试温度试件)微波处理完成至后一个木材试件(或者预测试温度试件)微波处理开始的时间间隔应为一固定值，误差±0.5s内为符合，该时间间隔固定值应尽量短。
在正式试验开始之前，先用预测试温度试件进行试验，以所需微波输出功率和该组所对应的微波处理时间条件对试件进行处理。当预测试温度的试件在该组的微波辐射功率和时间条件下所达到的温度相对稳定时，再开始正式试验，并记录正式试验过程中试件所达温度。
将处理过的试件烘干后测试增重率，剔除异常数据后，取平均增重率最大的一组试件所达温度的平均值为最佳预设温度，该预设温度的误差取±0.5*(极差+1)。该组试件处理的微波时间即为该预设温度所对应的微波处理时间。在实施例1中，最佳预设温度即为135.5±3.5℃。
Claims (7)
1.一种提高木材渗透性的方法，采用微波处理的方式对木材进行处理，其特征在于：
对微波预处理设备的谐振腔底部进行预热，使木材在某一预设温度下进行微波处理。
2.根据权利要求1所述的提高木材渗透性的方法，其步骤包括：
(1)制备材质、形状、尺寸基本一致的木材试件，调整木材试件含水率，使木材试件含水率基本一致；
(2)对微波预处理设备的谐振腔底部进行预热；
(3)采用微波预处理设备对木材试件进行预测试处理至木材试件升温速率基本稳定；
(4)采用微波预处理设备，在步骤(3)获得的微波处理温度下对木材试件进行微波处理，然后用烘箱烘干。
3.根据权利要求2所述的提高木材渗透性的方法，其特征在于：步骤(1)中控制含水率在10％～26％区间内的某一值，且同一批试件之间的含水率误差为±1。
4.根据权利要求3所述的提高木材渗透性的方法，其特征在于：步骤(2)中对于不具有底部电加热器的微波预处理设备，预热方式为：在谐振腔底部中央放入装有水的非金属容器，容器底部与谐振腔底部充分接触，并且形状和尺寸大于等于木材试件，微波加热至水正好沸腾，取出；对于具有底部电加热器的微波预处理设备，采用底部电加热的方式使谐振腔底部温度上升至某一预设温度，保持温度稳定5-30分钟后再进行步骤(3)，并在后续步骤过程中维持底部电加热。
5.根据权利要求2、3或4所述的提高木材渗透性的方法，其特征在于：所述步骤(3)中将预测试温度的木材试件摆放于谐振腔底部的中央，进行微波处理，使试件温度至少上升至该预设温度，结束对这一木材试件的微波处理，取出木材试件并记录微波处理木材试件的所用时间，随后放入下一个预测试温度的木材试件，以这一预设温度所对应的微波处理时间对第二个及之后的预测试温度试件进行微波处理，重复这一步骤至微波处理木材试件所达到的温度基本相同，即木材试件升温速率已经相对稳定；其中取出上一木材试件，放入下一木材试件的时间间隔为一固定值，其误差不超过±0.5s。
6.根据权利要求5所述的提高木材渗透性的方法，其特征在于：所述步骤(4)中将木材试件摆放于谐振腔底部的中央进行微波处理，微波处理的时间为这一预设温度所对应的微波处理时间，结束对这一木材试件的微波处理，取出木材试件，放入下一个木材试件，重复该步骤至所有木材试件处理完毕，其中取出上一木材试件，放入下一木材试件的时间间隔为一固定值，其误差不超过±0.5s。
7.根据权利要求6所述的提高木材渗透性的方法，其特征在于：将微波处理后的木材试件放入60℃的烘箱内烘至含水率10％以下后，升高烘箱温度至103℃使木材试件达到绝干。
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Application publication date: 20200609 Assignee: Zhejiang Yufeng smart home Co.,Ltd. Assignor: NANJING FORESTRY University|DEHUA TB NEW DECORATION MATERIAL Co.,Ltd. Contract record no.: X2022980025830 Denomination of invention: A Method of Improving Wood Permeability Granted publication date: 20220215 License type: Common License Record date: 20221215 |
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Application publication date: 20200609 Assignee: JIANGSU HIMONIA TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: NANJING FORESTRY University Contract record no.: X2023980043448 Denomination of invention: A Method for Improving Wood Permeability Granted publication date: 20220215 License type: Common License Record date: 20231016 |
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Effective date of registration: 20231113 Address after: 313299 Luoshe Town Industrial Zone, Deqing County, Huzhou City, Zhejiang Province Patentee after: DEHUA TB NEW DECORATION MATERIAL Co.,Ltd. Address before: Nanjing City, Jiangsu province 210037 Longpan Road No. 159 Patentee before: NANJING FORESTRY University Patentee before: DEHUA TB NEW DECORATION MATERIAL Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |