CN112356194B - 一种木材防腐方法及其在木制品加工中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木材防腐方法及其在木制品加工中的应用，该方法包括矿化处理过程，具体为：将木材浸没于第一浸渍液中，待第一浸渍液进入木材的内部后取出干燥，然后将木材浸没于第二浸渍液中，待第二浸渍液进入木材的内部后取出干燥，得到成品；其中，第一浸渍液中的溶质包括钙盐，第二浸渍液中的溶质包括水溶性硅酸盐。本发明首次提出对木材进行矿化处理的方法进而实现木材的防腐，通过将木材依次浸没于钙盐和水溶性硅酸盐溶液中，使得木材内部形成均匀、分散的结晶，制得的木材成品密度大、质地均匀、硬度高、化学稳定性强；此外，本发明的方法加工成本较低，能够广泛用于木制品的加工处理领域。

Description

一种木材防腐方法及其在木制品加工中的应用

技术领域

本发明属于木材防腐领域，具体涉及一种木材防腐方法及其在木制品加工中的应用。

背景技术

木制品在人们生活中扮演着重要的角色，而由于木制品的本身特性，人们对于防腐木材木料的需求较大，由此有多种现有技术对木材进行防腐处理，常用方法如下：通过高温碳化的方式，使木材纤维在高温低氧的条件下进行碳化；或者使用油漆等防腐涂料对木材进行涂覆等表面处理。

但上述现有技术也存在很大的局限性：(1)高温碳化需要长时间高温加热，且对加热环境中的含氧量要求较高，长时间保持大量木材的高温状态也需要消耗大量能量，增加了大量成本与环境污染的同时，木材也存在内外碳化程度不一，有时会造成木材内部未碳化并在使用过程中腐烂的现象，影响使用与观感，甚者可能造成安全隐患；(2)表面涂料易受磨损、紫外线破坏导致老化剥落，且油漆等涂料使用时常常伴随刺激性气味及有害健康的气体，造成用户的健康安全隐患。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种木材防腐方法，至少解决一种上述的技术问题，具体通过以下技术方案实现：

一种木材防腐方法，包括矿化处理过程，所述矿化处理过程包括以下步骤：将木材浸没于第一浸渍液中，待所述第一浸渍液进入木材的内部后取出干燥，然后将木材浸没于第二浸渍液中，待所述第二浸渍液进入木材的内部后取出干燥，得到成品；其中，所述第一浸渍液中的溶质包括钙盐，所述第二浸渍液中的溶质包括水溶性硅酸盐。

发明人首次提出对木材进行矿化处理的方法进而实现木材的防腐，具体方法为先将木材浸没在钙盐溶液中，钙盐会渗透进入木材的内部，干燥后再浸没于水溶性硅酸盐中，水溶性硅酸盐会与钙盐反应，进而在木材的内部形成不溶性硅酸盐结晶(硅酸钙)，再对其进行干燥即可得到防腐处理后的木材，避免了高温碳化法和表面涂料法的弊端。实际应用中，可以根据木材的特性和生产的需求，一次或多次的重复所述矿化处理过程。

在一些优选的实施情况中，所述矿化处理过程包括以下步骤：将木材浸没于所述第一浸渍液中，待所述第一浸渍液进入木材的内部且木材能够自行沉底后取出干燥，然后将木材浸没于所述第二浸渍液中，待所述第二浸渍液进入木材的内部且木材能够自行沉底后取出干燥，得到成品。

其中，将木材浸没于第一浸渍液和第二浸渍液时，由于木材本身密度较小，此时采取一些常规手段如将重物压于木材上使其完全浸没于其中，而当待溶液充分进入木材内部时，木材密度增大从而会自行沉底，此时结晶化效果最优，而由于木材本身特性并不一致，故其自行沉底的时间并不相同。

在一些优选的实施情况中，所述第一浸渍液中的溶质还包括镁盐、铁盐中的至少一种。添加的镁盐会与水溶性硅酸盐反应形成硅酸镁，不仅也可在木材内部形成结晶，其比例更是能直接影响着成品的质感和硬度，生产者可以根据实际需求选择是否添加以及添加的用量；添加的铁盐能够与硅酸反应形成的氢氧化铁沉淀与硅酸胶体，不仅也可在木材内部形成结晶，更能够直接影响木材的颜色与比重/密度，铁元素占比愈多，最终成品的密度愈大，颜色愈深，直接表现为溶液颜色的深浅。

其中，钙盐、镁盐和铁盐，均建议选择强酸盐，例如硫酸盐或盐酸盐，形成结晶的速率和成品的效果更好；而第二浸渍液可以包括硅酸钾和硅酸钠中的至少一种。

在一些优选的实施情况中，所述第一浸渍液中溶质的质量百分数为5～10％。如果第一浸渍液中的溶质的量过低，则木材内部形成的结晶效果不好，如果量过高，则会造成木材表面更容易形成结晶从而影响木材内部的结晶化，另一方面也会增加成本。

在一些优选的实施情况中，所述第二浸渍液中溶质的质量百分数大于4％，小于所述第一浸渍液中溶质的质量百分数。如果第二浸渍液的溶质的量过低，则木材内部形成的结晶太少，效果不好，如果量高于第一浸渍液中溶质的量，则浸没于第二浸渍液时，也会造成木材的结晶化过于表面或表层，从而影响更深层的内部结晶化。

第一浸渍液中溶质的质量百分数限定为5～10％，第二浸渍液中溶质的质量百分数限定为大于4％，小于第一浸渍液中溶质的质量百分数；木材依次经过两次浸没后，溶液会由外向内缓慢渗透，使得木材内部能够形成较为分散和均匀的结晶。第一浸渍液中溶质及第二浸渍液中溶质的质量百分数均可根据木材密度、质地、吸水性在本发明建议的范围内进行调整，木材质地愈轻，质地越不均匀、吸水性越强的木材可视情况考虑提高第一浸渍液中溶质和第二浸渍液中溶质的质量百分数，以减少反复阴干以及浸泡第一浸渍液与第二浸渍液的时间与人工成本。

在一些优选的实施情况中，所述矿化处理过程前还包括发酵过程，所述发酵过程包括以下步骤：将木材浸没于含有碳源的溶液中进行发酵，然后取出干燥；所述碳源包括糖类和含糖材料中的至少一种；

优选地，所述发酵过程包括以下步骤：将木材浸没于沸水中，在不小于100℃的温度下加热至木材自行沉底。

在对木材进行矿化处理过程前先对木材进行发酵过程，能够改善木材的质感和手感，同时可以软化纤维用以防止后续矿化处理中纤维开裂的情况，并增加木材对于强酸盐溶液的吸收能力以及提高木材本身的生物量(即微生物的量)，有利于后期的矿化处理过程，微生物在强酸盐溶液中适应环境需调节渗透压，因此可以固定一些强酸盐为后续浸泡硅酸盐后木材内部结晶数量的增加有帮助。此外，糖类可以是单糖或多糖，可以选用工业级蔗糖或葡萄糖，含糖材料可以为玉米粉等因保管不当而不能食用的廉价含糖、含淀粉材料，成本非常低。

其中，如果在发酵前先将木材放入沸水中加热至沉底，可以排出木材内部的空气，再直接放入含碳源的水中进行发酵，可以大大提高整个过程的效率。

此外，将木材发酵至何种程度以及发酵温度的选择，可以根据生产者的目的进行合理选择，这对于技术人员来说是较为容易控制的；建议选择发酵至碳源耗尽，其能够最大化的提高微生物的生物量，而温度的高低对发酵完毕微生物的生物量有影响，温度高有助于缩短工期，但也会影响成本，因此可以根据成本等条件限制可以对生产环境进行选择。当碳源耗尽及木材自行沉底时，对于后期木材的结晶化效果最好。另外，碳源耗尽与否有许多种方法可以进行观察或指示，设备检测、加入用于指示的生物如具有显著特征可以通过肉眼辨识的依赖碳源的生物等等都是有效的方法，因此，是否碳源耗尽依据常规手段是容易判断出来的。

在一些优选的实施情况中，所述碳源中的总糖的质量为木材质量的1～10％。实际生产中，可以依据不同木材的不同特性以及碳源中糖的含量来选择碳源的用量，当糖的质量超过10％时，木材可能发酵过量从而会产生一些腐败的情况，而过低时，则发酵不足效果不足。当木材相对来说质地不均匀，纤维粗大或密度小质地轻时，可以选用5～10％；反之建议选用1～5％。

在一些优选的实施情况中，所述矿化处理过程和所述发酵过程中的干燥均为自然阴干。首先，浸没于第一浸渍液后进行干燥，是为了避免连续步骤中不同溶液之间会因为渗透压的原因相向而行，极易在木材表面形成结晶，从而使得结晶化不能更好的在木材内部形成；其次，采用自然阴干是因为可以避免加热烘干导致的木材形变过大、造成裂缝等问题。发酵后进行干燥，则是考虑到干燥后木材的吸收速率更快，有利于提高整个过程的效率。

在一些优选的实施情况中，所述矿化处理过程后还包括清洗过程，所述清洗过程包括以下步骤：用清洁剂对所述成品进行冲洗，所述清洁剂为水或钙盐。在完成木材防腐后，采用水或钙盐(可采用强酸钙溶液，如硫酸钙或盐酸钙)即可冲洗掉表面多余的水溶性硅酸盐，以免对人体带来安全隐患。

上述的木材防腐方法可以应用在木制品加工中，特别是观赏沉木、树化玉、木摆件、木板材、木质花盆等木制品的加工处理领域。

本发明的有益效果为：本发明首次提出对木材进行矿化处理的方法进而实现木材的防腐，通过将木材依次浸没于钙盐和水溶性硅酸盐溶液中，使得木材内部形成均匀、分散的结晶，制得的木材成品密度大、质地均匀、硬度高、化学稳定性强，具备优秀的防腐、防火、防开裂等性能；此外，本发明的方法加工成本较低，能够广泛用于观赏沉木、木摆件、木板材、木质花盆等木制品的加工处理。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

一种木材防腐方法，依次包括2次矿化处理过程和1次清洗过程，即将木材进行2次矿化处理过程，最后再经过1次清洗过程即可：

矿化处理过程包括以下步骤：将木材浸没于第一浸渍液中，在木材上方加上重物使其能够完全浸没，待木材能够自行沉底后取出阴干；然后将木材浸没于第二浸渍液中，在木材上方加上重物使其能够完全浸没，待木材能够自行沉底后取出阴干，得到成品；其中，第一浸渍液中的溶质包括氯化钙，其质量百分数为8％，第二浸渍液为硅酸钾和硅酸钠的混合溶液，硅酸钾和硅酸钠的总质量百分数为7％；

清洗过程包括以下步骤：用水对上述成品进行冲洗，冲洗掉表面多余的硅酸钾和硅酸钠，以免对人体带来安全隐患。

实施例2：

一种木材防腐方法，依次包括1次发酵过程、3次矿化处理过程和1次清洗过程，即将木材进行1次发酵过程后，再经过3次矿化处理过程，最后再经过1次清洗过程即可：

发酵过程包括以下步骤：将木材浸没于分散有葡萄糖的水中，在木材上方加上重物使其能够完全浸没，葡萄糖的质量为木材质量的3％；待糖分耗尽及木材自行沉底后取出阴干。

矿化处理过程包括以下步骤：将上述发酵后的木材浸没于第一浸渍液中，在木材上方加上重物使其能够完全浸没，待木材能够自行沉底后取出阴干；然后将木材浸没于第二浸渍液中，在木材上方加上重物使其能够完全浸没，待木材能够自行沉底后取出阴干，得到成品；其中，第一浸渍液中的溶质包括氯化钙和氯化镁，两种盐总的质量百分数为6％，第二浸渍液为硅酸钾和硅酸钠的混合溶液，硅酸钾和硅酸钠的总质量百分数为5％；

清洗过程包括以下步骤：用氯化钙溶液对上述成品进行冲洗，冲洗掉表面多余的硅酸钾和硅酸钠，以免对人体带来安全隐患。

实施例3：

一种木材防腐方法，依次包括1次发酵过程、1次矿化处理过程和1次清洗过程，即将木材进行1次发酵过程后，再经过1次矿化处理过程，最后再经过1次清洗过程即可：

发酵过程包括以下步骤：将木材浸没于沸水中，在木材上方加上重物使其能够完全浸没，然后在100℃的温度下加热至木材自行沉底，然后取出木材，冷却至室温后将木材浸没于分散有葡萄糖的水中，在木材上方加上重物使其能够完全浸没，葡萄糖的质量为木材质量的8％；待糖分耗尽及木材自行沉底后取出阴干。

矿化处理过程包括以下步骤：将上述发酵后的木材浸没于第一浸渍液中，在木材上方加上重物使其能够完全浸没，待木材能够自行沉底后取出阴干；然后将木材浸没于第二浸渍液中，在木材上方加上重物使其能够完全浸没，待木材能够自行沉底后取出阴干，得到成品；其中，第一浸渍液中的溶质包括氯化钙、氯化镁和氯化铁，三种盐总的质量百分数为9％，第二浸渍液为硅酸钾和硅酸钠的混合溶液，硅酸钾和硅酸钠的总质量百分数为8％；

清洗过程包括以下步骤：用水对上述成品进行冲洗，冲洗掉表面多余的硅酸钾和硅酸钠，以免对人体带来安全隐患。

Claims (6)

1.一种木材防腐方法，其特征在于，包括矿化处理过程，所述矿化处理过程包括以下步骤：将木材浸没于第一浸渍液中，待所述第一浸渍液进入所述木材的内部后取出干燥，然后将木材浸没于第二浸渍液中，待所述第二浸渍液进入所述木材的内部后取出干燥，得到成品；其中，所述第一浸渍液中的溶质包括钙盐，还包括镁盐、铁盐中的至少一种，所述钙盐、镁盐、铁盐均为强酸盐，所述强酸盐为硫酸盐或盐酸盐；所述第一浸渍液中溶质的质量百分数为5~10%，所述第二浸渍液包括硅酸钾和硅酸钠中的至少一种；所述第二浸渍液中溶质的质量百分数大于4%，小于所述第一浸渍液中溶质的质量百分数；所述矿化处理过程前还包括发酵过程，所述发酵过程包括以下步骤：将木材浸没于含有碳源的溶液中进行发酵，然后取出干燥；所述碳源为葡萄糖，碳源中的总糖的质量为木材质量的1~10%；所述矿化处理过程的次数不少于两次。

2.根据权利要求1所述的一种木材防腐方法，其特征在于，所述矿化处理过程包括以下步骤：将木材浸没于所述第一浸渍液中，待所述第一浸渍液进入木材的内部且木材能够自行沉底后取出干燥，然后将木材浸没于所述第二浸渍液中，待所述第二浸渍液进入木材的内部且木材能够自行沉底后取出干燥，得到成品。

3.根据权利要求1或2所述的一种木材防腐方法，其特征在于，在所述发酵过程之前还包括以下步骤：将木材浸没于沸水中，在不小于100℃的温度下加热至木材自行沉底。

4.根据权利要求3所述的一种木材防腐方法，其特征在于，所述矿化处理过程和所述发酵过程中的干燥均为自然阴干。

5.根据权利要求1所述的一种木材防腐方法，其特征在于，所述矿化处理过程后还包括清洗过程，所述清洗过程包括以下步骤：用清洁剂对所述成品进行冲洗，所述清洁剂为水或钙盐。

6.权利要求1至5任一项所述的一种木材防腐方法在木制品加工中的应用。