CN112536866B

CN112536866B - 一种科技木仿生木节及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN112536866B
Application number: CN202011165294.5A
Authority: CN
Inventors: 涂登云; 杨雪迪; 周桥芳
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: Jiangmen Kinwai Furniture & Decoration Co ltd
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2040-10-27
Also published as: CN112536866A

Abstract

本发明属于木材功能性改良和木材加工技术领域，公开了一种科技木仿生木节及其制备方法和应用，所述方法是先用隔条将单板单元隔开，覆压材堆的顶层，在60~90℃、相对湿度30~40RH%下，使表层单板与内层单板含水率的梯度为15~20%，然后在介质干球温度为180~250℃、湿球温度为100~105℃下处理后，再用雾化温水对所得热设色单板喷水处理，制得软化的单板；将软化的单板与棒状木节进行仿真组坯、胶合、陈放和仿真锯切，制得科技木仿生木节。本发明的方法简便，科技木仿生木节具有节子贴合，与相邻单板没有缝隙，节子首尾过渡自然，还具有吸附甲醛、尺寸稳定性好和温暖感好的优点，在室内装饰饰面材料领域中广泛应用。

Description

一种科技木仿生木节及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于木材功能性改良和木材加工技术领域，更具体地，涉及一种科技木仿生木节及其制备方法和应用。

背景技术

随着森林资源的日益减少，速生材的应用量越来越大，为扩大速生材使用范围，“科技木”这一通过对速生材进行深加工，使其具备珍贵树种的特殊纹路，从而替代珍贵树种木材的重组木应运而生，已成为木材加工业可持续发展的新方向。科技木又称单板层积木、人造木，是以普通木材单板为原料，通过染色、层积、胶合、模压，再从与单板层向形成一定角度的方向锯制成板材或刨切成薄木而制得。在其制造过程中，没有破坏木材的微观结构和固有属性，完全保留了天然木材隔热、绝缘、调温、调湿等天然属性，克服了人工速生材众多天然缺陷，可实现木材的高值利用，引领行业的可持续性发展。

但由于目前生产科技木普遍应用脲醛树脂胶粘剂，科技木的甲醛释放问题成为生产中的一大难题。例如专利201110077316.7中实施例中描述的操作工艺为单板涂胶，单面施胶量为150g/cm²。冷压时间为1h，养护时间约为90~100h。由以上工艺流程可以看出，该方法涂胶量大，生产周期长，将带来长时间的甲醛排放量超标的后果。在专利20140835789.2中甲醛释放量控制指标为≤5.0mg/L，只达到E2级水平。除胶黏剂会带来大量的甲醛外，在对木皮漂白、染色过程中，化学试剂的使用也会带来大量的VOC排放，且产品使用过程中普遍存在易褪色的问题。如CN103171014B(2015-4-15)公开了一种科技木的制备方法，其中该科技木甲醛释放量偏高，染色药剂难渗透、漂染过程环境污染较严重，而这在越来越看重“绿色、环保、健康”的当下消费者心中，无疑是难以接受的。

与此同时，木材也有其天然缺陷，如会随外界温湿度条件变化造成干缩湿胀以及开裂，易发生霉变及虫害、木材本身易燃等问题。当下普遍使用的科技木制作方法中单板需要二次干燥并反复搬运多次，带来高能耗、木材破损率大、生产效率低等问题。

炭化木材操作方式简单，节能环保，一次炭化数量可根据炭化窑规模确定，省时省力。木材在高温炭化过程中，木材内部的亲水因子被重组，降低了木材的吸湿性平衡点，不容易受周围环境的影响，物理化学性能比较稳定，适用于各种木制品。炭化后的色泽不会发生改变，所以从现在的市场跟国家对环保的要求来看，通过炭化获得的颜色设计科技木的花纹具有很大的发展的前景。

节子也是木材的一种天然普遍缺陷，节子按照在树干上分布的位置，可区分为散生节、轮生节和岔节。散生节最常见，在树干上呈单个散生状；轮生节是多个节子围绕树干成轮状排列，常见于松、云杉等树种；岔节是由与主干纵轴线成锐角的岔枝形成的。锯材表面的节子形状，视木材锯解与节子所取的方向而异，当锯切面与枝条长向垂直时，形成圆形节；锯切面与枝条长向呈一定角度，则形成椭形节；如锯切面略与枝条长轴方向平行，并通过枝条长轴，在木材径切面上显露的节子呈长条形的条状节。

在一木构件上的节子，降低木构件的顺纹抗拉强度和冲击韧性比抗弯强度的降低要大，而降低顺纹抗压强度则较小。节子木质较硬重，影响材质的均匀性和表面质量，也不利于切削加工。多树脂的节子还会影响木材的油漆效果。节子的存在也同时大大增添了木材的天然美感，但在生产加工过程中，节子往往会出现结合不紧密，容易脱落造成空洞的问题。

且随着重组材品种不断推陈出新，现有品种已达多个，但科技木纹路设计及制作方法较为单一，无甚新意，这也就使得科技木一定程度上丧失了木材天然的美感。如专利2008201715529所公开的模具，也仅是普通速生材生产出凹凸纹科技木，但该专利所公开的模具不能生产出天然木材的节疤效果，且模具单一，使用复杂，已远远不能满足现有市场的生产需求。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一科技木仿生木节的制备方法。该方法不采用化学染料进行染色，而是由木材高温炭化热处理技术使木材变色，利用单板单元表层和内层含水率差异，控制差异热设色过程中的变量（温度、时间）使单板呈现不同颜色，从而减少对环境的污染。并通过不同单板层之间的含水率差异形成温差，实现相同介质温度条件下单板之间的不同热设色。解决了现有科技木制造工艺需要进行两次单板干燥，单板多次搬运，造成木材破损率高，干燥能耗高；化学染色存在生产过程和产品使用过程有污染的问题。并使科技木具有吸附甲醛的功能和更好隔热保温性，达到室内装饰及家具用材的基本要求。

本发明的另一目的在于提供上述方法制备的技木仿生木节。

本发明的再一目的在于提供上述技木仿生木节的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种科技木仿生木节的制备方法，包括以下具体步骤：

S1. 选材：选择颜色偏浅，气干时色差值∆E*小于5，密度为400~650kg/m³，厚度为0.5~5mm的单板，初含水率为40~50%，单板间的含水率偏差不超过5%；

S2. 差异干燥：用隔条将若干个由表层单板和内层单板组成的单板单元隔开，隔条之间的距离为10~15cm，隔条垂直于单板的顺纹方向，然后覆压材堆的单板单元的顶层使单板达到平整化，在60~90℃、相对湿度30~40RH%条件下，将每个单板单元的表层单板干燥至含水率为5~8%，单板单元的内层单板干燥至含水率为18~25%，表层单板与内层单板含水率的梯度为15~20%，制得材堆的单板单元；

S3. 差异热设色：将材堆的单板单元在介质干球温度为180~250℃、湿球温度为100~105℃下处理，依据表层单板与内层单板的含水率差，使单板单元的内层单板间形成温差，得到材堆的热设色单板；

S4. 柔性化处理：将步骤S3所得材堆的热设色单板拆开后，用40~45℃的温水雾化后，对热设色单板分三次进行喷水柔性化处理，每立方米热设色单板单元的总喷水量为30~50kg，分别为15~20 kg，10~20 kg和5~10 kg，制得软化的单板；

S5. 仿真组坯：将软化的单板用非水性胶双面涂胶，按照与软化的单板的纵向纹理方向，将不同形状的木节摆放在软化的单板之间进行组坯，制得组坯件；

S6. 胶合：将组坯件在压力为0.4~0.6MPa下预压，然后再在压力1~2MPa下保压；在室温下陈放，制得科技木仿生木节。

优选地，步骤S2中所述单板单元由5~20层单板组成。

优选地，步骤S5中所述非水性胶为异氰酸酯胶粘剂；所述非水性胶的施胶量为80~120g/m²。

优选地，步骤S5中所述木节为棒状且两端的端面呈曲面，所述木节的长度为5~20mm。

更为优选地，所述端面呈球面时，木节的长度与端面的直径比为（5~20）:（3~5）；所述端面呈椭圆面时，木节的长度、端面的长轴、端面的短轴比为（5~20）:（1.75~3.5）:（1.25~1.5）。

优选地，步骤S5中所述木节为条形状，条形状的端面呈矩形，矩形的长度为5~100mm，矩形的宽度为1~5mm。

优选地，步骤S3中所述处理的时间为10~30min；步骤S6中所述预压的时间为8~12min，所述保压的时间为40~60min，所述陈放的时间为2~3天。

一种科技木仿生木节，所述科技木仿生木节是由所述的方法制备得到。

优选地，所述科技木仿生木节的甲醛吸附量为8~15%；导热系数为0.10~0.14w/m·k。

所述的科技木仿生木节作为保温材料在家具或木门窗领域中的应用。

本发明的原理是：（1）差异干燥原理：将若干个0.5~5mm的薄单板组合成较厚的单板单元，在干燥过程中，由于单板单元较厚，表层单板的水分蒸发最快，芯部水分干燥最慢，在单板初含水较一致的情况下，将会在单板单元的内部形成内高外低的含水率梯度，从而完成干燥差异。

（2）差异热设色：木材在180~250℃的高温条件下，木材内的半纤维素和木素两大成分会快速降解，在不同的温度条件下，随着降解程度的不同，木材将表现出不同的颜色。利用差异干燥使单板单元内部形成显著含水率差异，在相同介质温度条件下，单板单元内含水率低的表层水分蒸发少温度最高，内层含水率最高，受热后首先要蒸发水分从而使内层单板温度最低；由于单板单元内高外低的含水率梯度，在高温条件下在单板单元内形成内低外高的温度梯度，在相同的热处理时间条件下，在单板单元内部形成表层单板颜色最深，内层单板颜色最浅，从而完成差异热设色。

（3）柔性化处理：木材的柔软性与木材含水率密切相关，含水率越高，木材柔软性也好。单板在180~250℃的高温条件下进行热处理后，木材含水率较低，一般为3~5%，刚性较大，为了提高单板柔软性，减小冷压过程中的单板破损及提高木节子与单板面胶合接触紧密度。对差异热设色后的单板，采用雾化水方式使单板吸水以提高含水率，从而提高单板的柔软性。综上，经本发明方法处理的单板不需要二次干燥并反复搬运多次，制得的科技木仿生木节中木节子与单板的结合紧密，美观且不容易脱落。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1. 本发明采用科技木制备过程只需一次干燥，在干燥和木材热设色整个过程，单板不需要拆分和搬运，很大程度减少了单板破损率，克服了现有科技木制造工艺需要进行两次单板干燥，单板多次搬运，造成木材破损率高，干燥能耗高的缺点，提高了木材利用率，显著降低材料成本和人工成本。

2. 本发明采用差异热设色，在同一热处理条件下，通过控制单板单元间的含水率差异得到单板单元内各层单板的不同热设色温度，克服了现有技术使用化学染料带来的生产过程、产品使用的环保问题，实现一步法差异设色，极大地提高的生产效率，减少了单板破损。

3. 本发明采用单板柔性化处理，既解决了现有高温热处理木材脆性大的问题及节子与周围木材接触不紧密易脱落的问题，又实现了产品含水率控制，生产方法简单、效率高，单板破损率低，得到的产品质量高。

4. 本发明制造的科技木仿生木节，具有节子贴合，与相邻单板没有缝隙，节子首尾过渡自然，制作方法简便等优点外，还具有吸附甲醛、尺寸稳定性好和温暖感好的优点，使科技木使用更环保舒适，可在家具、地板、木门及室内装饰饰面材料领域中有广泛应用。

附图说明

图1为本发明科技木仿生木节的示意图。

图2为实施例1制得的科技木仿生木节的实物照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1

1. 选择颜色偏浅，气干时色差值∆E*为3的杨木，密度为400~650kg/m³，厚度为0.5~5mm的单板，初含水率40~50%，单板之间的含水率偏差不超过5%；

2. 差异干燥：把每5~20层单板为一个单板单元（由表层单板和内层单板组成），用隔条将单板单元隔开，隔条之间的距离为10~15cm，隔条垂直于单板顺纹方向，堆好后在材堆顶部使用重物覆压以使单板达到平整化，在85℃、相对湿度40RH%条件下将单板单元的表层单板干燥至含水率5%，内层单板干燥至含水率20%，表层单板与内层单板含水率梯度为15%，制得材堆的单板单元；

3. 差异热设色：将材堆的单板单元在介质干球温度为190℃、湿球温度105℃条件下处理30min，依据内外单板的含水率差，使单板单元内部各层单板形成温差，得到不同颜色的单板，完成单板的热设色，得到材堆的热设色单板，热设色单板含水率为3~5%。

4. 软化处理：将步骤3所得材堆的热设色单板拆开后，将45℃的温水雾化后，对单板分三次喷水进行柔性化处理，每立方米单板的总喷水量为50kg，分别为20 kg，20 kg，10kg，制得软化的单板；

5. 仿真组坯：将颜色较深的1.8~ 2mm厚单板切割成木节，所述木节为棒状且两端的端面呈曲面，所述木节的长度为5~20mm，所述端面呈球面时，木节的长度与端面的直径比为（5~20）:（3~5），然后将木节进行双面涂异氰酸酯胶；将软化的单板双面涂异氰酸酯胶，然后将木节夹到软化的单板之间，软化的单板与木节同纵向纹理方向进行组坯；

6. 胶合：使用青岛锦九洲橡胶机械有限公司压机，先用0.5 MPa预压10min，然后再用压力为2MPa，在室温下压40min后将木方取出进行陈放养生2~3天，木方压制面积为0.0576㎡，制得科技木仿生木节。所得通常科技木仿生木节只要一次锯解就可将纹路体现出来，特殊品种需要将第一次锯制的板块胶合重组后再次锯制才体现出来。

图1为本发明科技木仿生木节的示意图。其中，每层代表单板，在若干个单板之间有木节，木节可以为棒状且两端的端面呈曲面或条形状；图2为实施例1制得的科技木仿生木节的实物照片。从图2中可知，科技木仿生木节中木节于单板周围木材接触紧密。根据GB/T 35565-2017《木质活性炭试验方法进行甲醛吸附率的测定》，测量得到甲醛吸附量为8~15%；根据GB/T 10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》测定导热性能，科技木仿生木节的导热系数为0.1~0.14w/m·k，其具有良好的保温性能。天然的木节会降低木材的强度，而人造节因独特的排列方式不会对制成木方的性能有影响；木节采取横纹方向排列，密实化结合，颜色选择较单板更深的颜色。在科技木仿生木节的制作过程中使用径切，径切重组装饰材是沿顺纹方向，得到的纹理如图2所示，从图2中可知，科技木仿生木节棒状且两端的端面呈曲面或条形状，木节与周围木材接触紧密。

实施例2

与实施例1不同的在于：

步骤2中在90℃、相对湿度35RH%条件下，将每个单板单元的表层单板干燥至含水率为8%，单板单元的内层单板干燥至含水率为18%，表层单板与内层单板含水率的梯度为20%，制得材堆的单板单元；

步骤3中将材堆的单板单元在介质干球温度为250℃、湿球温度为100℃下处理，依据表层单板与内层单板的含水率差，使单板单元的内层单板间形成温差，得到材堆的热设色单板；

步骤5中所述木节为棒状且两端的端面呈曲面，所述木节的长度为5~20mm。所述端面呈椭圆面时，木节的长度、端面的长轴、端面的短轴比为（5~20）:（1.75~3.5）:（1.25~1.5）。

实施例3

与实施例1不同的在于：

步骤2中在60℃、相对湿度30RH%条件下，将每个单板单元的表层单板干燥至含水率为7%，单板单元的内层单板干燥至含水率为25%，表层单板与内层单板含水率的梯度为18%，制得材堆的单板单元；

步骤3中将材堆的单板单元在介质干球温度为180℃、湿球温度为103℃下处理，依据表层单板与内层单板的含水率差，使单板单元的内层单板间形成温差，得到材堆的热设色单板；

步骤5中所述木节为条形状，条形状的端面呈矩形，矩形的长度为5~100mm，矩形的宽度为1~5mm。

实施例1-3中所述木节和单板也可任意组合混合使用，所述科技木仿生木节具有单板与木节贴合，与相邻单板没有缝隙，木节首尾过渡自然，还具有吸附甲醛、尺寸稳定性好和温暖感好的优点，在室内装饰饰面材料领域中有广泛应用。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种科技木仿生木节的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

S2. 差异干燥：用隔条将若干个由表层单板和内层单板组成的单板单元隔开，隔条之间的距离为10~15cm，隔条垂直于单板的顺纹方向，然后覆压材堆的单板单元的顶层使单板达到平整化，在60~90℃、相对湿度30~40RH%条件下，将每个单板单元的表层单板干燥至含水率为5~8%，单板单元的内层单板干燥至含水率为18~25%，表层单板与内层单板含水率的梯度为15~20%，制得材堆的单板单元；所述单板单元由5~20层单板组成；

S5. 仿真组坯：将软化的单板用非水性胶双面涂胶，按照与软化的单板的纵向纹理方向，将不同形状的木节摆放在软化的单板之间进行组坯，制得组坯件；所述非水性胶为异氰酸酯胶粘剂；所述非水性胶的施胶量为80~120g/m²；

S6. 胶合：将组坯件在压力为0.4~0.6MPa下预压，然后再在压力1~2MPa下保压；在室温下陈放，制得科技木仿生木节；所述科技木仿生木节的甲醛吸附量为8~15%；导热系数为0.10~0.14w/m·k。

2.根据权利要求1所述的科技木仿生木节的制备方法，其特征在于，步骤S5中所述木节为棒状且两端的端面呈曲面，所述木节的长度为5~20mm。

3.根据权利要求2所述的科技木仿生木节的制备方法，其特征在于，所述端面呈球面时，木节的长度与端面的直径比为（5~20）:（3~5）；所述端面呈椭圆面时，木节的长度、端面的长轴和端面的短轴比为（5~20）:（1.75~3.5）:（1.25~1.5）。

4.根据权利要求1所述的科技木仿生木节的制备方法，其特征在于，步骤S5中所述木节为条形状，条形状的端面呈矩形，矩形的长度为5~100mm，矩形的宽度为1~5mm。

5.根据权利要求1所述的科技木仿生木节的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述处理的时间为10~30min；步骤S6中所述预压的时间为8~12min，所述保压的时间为40~60min，所述陈放的时间为2~3天。

6.一种科技木仿生木节，其特征在于，所述科技木仿生木节是由权利要求1~5任一项所述的方法制备得到。

7.权利要求6所述的科技木仿生木节作为保温材料在家具或木门窗领域中的应用。