CN114248321A - 一种基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及功能型密实化木材技术领域，提供了一种基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法，包括下述步骤：脱木素预处理步骤，将木材和预处理试剂置于反应釜中，进行脱木素预处理；清水洗脱步骤，用清水洗涤经过脱木素预处理后的木材；压缩密实步骤，将经过洗涤后的木材进行热压和冷却卸压；功能化修饰步骤，在经过压缩密实后的木材表面涂覆功能型材料；采用该技术方案将材质软、尺寸稳定性差、易燃、易老化等缺陷的人工林木材制备具有多功能的高性能密实化木材，可应用于建筑、包装、家居等领域，实现森林资源的可持续利用。
Description
技术领域
本发明涉及功能型密实化木材技术领域，具体涉及一种基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法。
背景技术
人工林木材通常存在材质软、尺寸稳定性差、易燃、易老化等缺陷，限制了其作为高性能木质材料在生产生活中的广泛应用。因此，充分利用人工林木材资源，通过木材改性手段提升其物理力学性能，制备高性能木质材料，弥补优质木材资源短缺，成为木材及木制品产业转型升级的迫切需求，也是保障国家木材安全的根本途径。
木材压缩密实化是实现低质人工林木材高值化利用的重要技术手段之一。然而，传统的木材压缩密实化的研究主要是通过湿热软化处理制备密实化木材，其预处理的时间长、温度高，在压缩密实化过程中需要施加较大的压力才能实现目标压缩率，直接影响密实化木材的生产成本。
脱木素预处理和压缩处理相结合可大幅提高人工林软质木材的压缩率和密度，从而显著提高密实化木材的力学强度，拓宽人工林木材的应用范围。木材表面功能化修饰技术快速发展，但是现有技术在木材压缩密实化中的应用仍不足。如何有效地解决上述技术问题，是目前本领域技术人员需解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法。
基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法，包括下述步骤：
脱木素预处理步骤，将木材和预处理试剂置于反应釜中，进行脱木素预处理；
清水洗脱步骤，用清水洗涤经过脱木素预处理后的木材；
压缩密实步骤，将经过洗涤后的木材进行热压和冷却卸压；
功能化修饰步骤，在经过压缩密实后的木材表面涂覆功能型材料。
进一步地，在所述脱木素预处理步骤中：
所述木材的厚度为0.5～10cm，所述木材与所述预处理试剂的质量比为1：3；
所述木材经过脱木素预处理后，木质素脱除率为10％～75％，半纤维素脱除率为10％～80％，纤维素脱除率≤10％。
进一步地，在所述脱木素预处理步骤中，所述预处理试剂为碱性溶液，预处理温度为120～180℃，预处理时间为30～60min。
进一步地，在所述脱木素预处理步骤中，所述预处理试剂为酸性溶液，预处理温度为70～95℃，预处理时间为60～240min。
进一步地，所述碱性溶液是氢氧化钠或碳酸钠为溶质的碱性溶液；
所述氢氧化钠溶液的质量浓度为2％～6％，其余为水；
所述碳酸钠溶液的质量浓度为5％～20％，其余为水。
进一步地，所述酸性溶液是马来酸或对甲基苯磺酸为溶质的酸性溶液；
所述马来酸溶液的质量浓度为40％～70％，其余为水；
所述对甲基苯磺酸溶液的质量浓度为40％～70％，其余为水。
进一步地，在所述清水洗脱步骤中，直至洗涤木材的滤液pH值为6～8时停止洗涤。
进一步地，在所述压缩密实步骤中：
将经过洗涤后的木材置于热压机内，热压温度为120～160℃，热压时间为15～40min，热压强度为1～5MPa，压缩率为40～80％；
当热压板温度冷却低至100℃时，卸压取出密实化木材。
进一步地，在所述功能化修饰步骤中，功能型材料为具有阻燃、疏水及耐候的溶液，在经过压缩密实后的木材表面涂覆后形成薄膜层。
在本发明中，基于脱木素预处理步骤并结合功能化修饰步骤的制备方法，利用材质软、尺寸稳定性差、易燃、易老化等缺陷的人工林木材制备具有多功能的高性能密实化木材，可应用于建筑、包装、家居等领域，实现森林资源的可持续利用。
附图说明
图1是本发明提供的基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。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。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“连接”、“相连”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例1
一种基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法，如图1所示，包括下述步骤：
脱木素预处理步骤，将木材和预处理试剂置于反应釜中，进行脱木素预处理。其中，木材的厚度为0.5cm，木材与预处理试剂的质量比为1：3。预处理试剂为碱性溶液，预处理温度为180℃，预处理时间为30min。碱性溶液是氢氧化钠为溶质的碱性溶液，氢氧化钠溶液的质量浓度为6％，其余为水。木材经过脱木素预处理后，木质素脱除率为70％，半纤维素脱除率为75％，纤维素脱除率≤10％。
清水洗脱步骤，用清水洗涤经过脱木素预处理后的木材，直至洗涤木材的滤液pH值为8时停止洗涤。
压缩密实步骤，将经过洗涤后的木材置于热压机内进行热压和冷却卸压，热压温度为160℃，热压时间为15min，热压强度为5MPa，压缩率为80％。当热压板温度冷却低至100℃时，卸压取出密实化木材。
功能化修饰步骤，在经过压缩密实后的木材表面涂覆功能型材料。功能型材料为具有阻燃的溶液，在经过压缩密实后的木材表面涂覆后形成薄膜层。
实施例2
一种基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法，包括下述步骤：
脱木素预处理步骤，将木材和预处理试剂置于反应釜中，进行脱木素预处理。其中，木材的厚度为5.5cm，木材与预处理试剂的质量比为1：3。预处理试剂为碱性溶液，预处理温度为150℃，预处理时间为45min。碱性溶液是碳酸钠为溶质的碱性溶液，碳酸钠溶液的质量浓度为13％，其余为水。木材经过脱木素预处理后，木质素脱除率为45％，半纤维素脱除率为40％，纤维素脱除率≤10％。
清水洗脱步骤，用清水洗涤经过脱木素预处理后的木材，直至洗涤木材的滤液pH值为8时停止洗涤。
压缩密实步骤，将经过洗涤后的木材置于热压机内进行热压和冷却卸压，热压温度为140℃，热压时间为27min，热压强度为3MPa，压缩率为65％。当热压板温度冷却低至100℃时，卸压取出密实化木材。
功能化修饰步骤，在经过压缩密实后的木材表面涂覆功能型材料。功能型材料为具有疏水的溶液，在经过压缩密实后的木材表面涂覆后形成薄膜层。
实施例3
一种基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法，包括下述步骤：
脱木素预处理步骤，将木材和预处理试剂置于反应釜中，进行脱木素预处理。其中，木材的厚度为10cm，木材与预处理试剂的质量比为1：3。预处理试剂为碱性溶液，预处理温度为120℃，预处理时间为60min。碱性溶液是氢氧化钠为溶质的碱性溶液，氢氧化钠溶液的质量浓度为2％，其余为水。木材经过脱木素预处理后，木质素脱除率为10％，半纤维素脱除率为13％，纤维素脱除率≤10％。
清水洗脱步骤，用清水洗涤经过脱木素预处理后的木材，直至洗涤木材的滤液pH值为7时停止洗涤。
压缩密实步骤，将经过洗涤后的木材置于热压机内进行热压和冷却卸压，热压温度为120℃，热压时间为40min，热压强度为1MPa，压缩率为40％。当热压板温度冷却低至100℃时，卸压取出密实化木材。
功能化修饰步骤，在经过压缩密实后的木材表面涂覆功能型材料。功能型材料为具有耐候的溶液，在经过压缩密实后的木材表面涂覆后形成薄膜层。
实施例4
一种基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法，包括下述步骤：
脱木素预处理步骤，将木材和预处理试剂置于反应釜中，进行脱木素预处理。其中，木材的厚度为0.5cm，木材与预处理试剂的质量比为1：3。预处理试剂为酸性溶液，预处理温度为70℃，预处理时间为240min。酸性溶液是马来酸为溶质的酸性溶液，马来酸溶液的质量浓度为40％，其余为水。木材经过脱木素预处理后，木质素脱除率为45％，半纤维素脱除率为60％，纤维素脱除率≤10％。
清水洗脱步骤，用清水洗涤经过脱木素预处理后的木材，直至洗涤木材的滤液pH值为7时停止洗涤。
压缩密实步骤，将经过洗涤后的木材置于热压机内进行热压和冷却卸压，热压温度为120℃，热压时间为40min，热压强度为1MPa，压缩率为60％。当热压板温度冷却低至100℃时，卸压取出密实化木材。
功能化修饰步骤，在经过压缩密实后的木材表面涂覆功能型材料。功能型材料为具有阻燃的溶液，在经过压缩密实后的木材表面涂覆后形成薄膜层。
实施例5
一种基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法，包括下述步骤：
脱木素预处理步骤，将木材和预处理试剂置于反应釜中，进行脱木素预处理。其中，木材的厚度为6cm，木材与预处理试剂的质量比为1：3。预处理试剂为酸性溶液，预处理温度为82℃，预处理时间为150min。酸性溶液是对甲基苯磺酸为溶质的酸性溶液，对甲基苯磺酸溶液的质量浓度为70％，其余为水。木材经过脱木素预处理后，木质素脱除率为50％，半纤维素脱除率为65％，纤维素脱除率≤10％。
清水洗脱步骤，用清水洗涤经过脱木素预处理后的木材，直至洗涤木材的滤液pH值为7时停止洗涤。
压缩密实步骤，将经过洗涤后的木材置于热压机内进行热压和冷却卸压，热压温度为150℃，热压时间为30min，热压强度为4MPa，压缩率为70％。当热压板温度冷却低至100℃时，卸压取出密实化木材。
功能化修饰步骤，在经过压缩密实后的木材表面涂覆功能型材料。功能型材料为具有疏水的溶液，在经过压缩密实后的木材表面涂覆后形成薄膜层。
实施例6
一种基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法，包括下述步骤：
脱木素预处理步骤，将木材和预处理试剂置于反应釜中，进行脱木素预处理。其中，木材的厚度为10cm，木材与预处理试剂的质量比为1：3。预处理试剂为酸性溶液，预处理温度为95℃，预处理时间为60min。酸性溶液是马来酸为溶质的酸性溶液，也可以采用现有技术中的其它有机固体酸为溶质的酸性溶液，马来酸溶液的质量浓度为70％，其余为水。木材经过脱木素预处理后，木质素脱除率为10％，半纤维素脱除率为12％，纤维素脱除率≤10％。
清水洗脱步骤，用清水洗涤经过脱木素预处理后的木材，直至洗涤木材的滤液pH值为6时停止洗涤。
压缩密实步骤，将经过洗涤后的木材置于热压机内进行热压和冷却卸压，热压温度为160℃，热压时间为15min，热压强度为5MPa，压缩率为40％。当热压板温度冷却低至100℃时，卸压取出密实化木材。
功能化修饰步骤，在经过压缩密实后的木材表面涂覆功能型材料。功能型材料为具有耐候的溶液，在经过压缩密实后的木材表面涂覆后形成薄膜层。
上述各实施例制得的木材，基于脱木素预处理步骤并结合功能化修饰步骤的制备方法，利用材质软、尺寸稳定性差、易燃、易老化等缺陷的人工林木材制备具有多功能的高性能密实化木材，可应用于建筑、包装、家居等领域，实现森林资源的可持续利用。
以上所述并非是对本发明的限制，最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，在不偏离本发明精神的基础上所做的修改或替换，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
脱木素预处理步骤，将木材和预处理试剂置于反应釜中，进行脱木素预处理；
清水洗脱步骤，用清水洗涤经过脱木素预处理后的木材；
压缩密实步骤，将经过洗涤后的木材进行热压和冷却卸压；
功能化修饰步骤，在经过压缩密实后的木材表面涂覆功能型材料。
2.根据权利要求1所述的基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法，其特征在于，在所述脱木素预处理步骤中：
所述木材的厚度为0.5～10cm，所述木材与所述预处理试剂的质量比为1：3；
所述木材经过脱木素预处理后，木质素脱除率为10％～75％，半纤维素脱除率为10％～80％，纤维素脱除率≤10％。
3.根据权利要求2所述的基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法，其特征在于，在所述脱木素预处理步骤中，所述预处理试剂为碱性溶液，预处理温度为120～180℃，预处理时间为30～60min。
4.根据权利要求2所述的基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法，其特征在于，在所述脱木素预处理步骤中，所述预处理试剂为酸性溶液，预处理温度为70～95℃，预处理时间为60～240min。
5.根据权利要求3所述的基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法，其特征在于，
所述碱性溶液是氢氧化钠或碳酸钠为溶质的碱性溶液；
所述氢氧化钠溶液的质量浓度为2％～6％，其余为水；
所述碳酸钠溶液的质量浓度为5％～20％，其余为水。
6.根据权利要求4所述的基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法，其特征在于，
所述酸性溶液是马来酸或对甲基苯磺酸为溶质的酸性溶液；
所述马来酸溶液的质量浓度为40％～70％，其余为水；
所述对甲基苯磺酸溶液的质量浓度为40％～70％，其余为水。
7.根据权利要求2所述的基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法，其特征在于，在所述清水洗脱步骤中，直至洗涤木材的滤液pH值为6～8时停止洗涤。
8.根据权利要求2所述的基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法，其特征在于，在所述压缩密实步骤中：
将经过洗涤后的木材置于热压机内，热压温度为120～160℃，热压时间为15～40min，热压强度为1～5MPa，压缩率为40～80％；
当热压板温度冷却低至100℃时，卸压取出密实化木材。
9.根据权利要求2所述的基于脱木素预处理的功能型密实化木材制备方法，其特征在于，在所述功能化修饰步骤中，功能型材料为具有阻燃、疏水及耐候的溶液，在经过压缩密实后的木材表面涂覆后形成薄膜层。
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| CN115781842A (zh) * | 2023-01-03 | 2023-03-14 | 国家林业和草原局竹子研究开发中心 | 一种耐光老化木质材料制备方法及其在户外材料中的应用 |
| CN116038844A (zh) * | 2023-01-03 | 2023-05-02 | 国家林业和草原局竹子研究开发中心 | 一种耐光老化竹质材料制备方法及其在户外材料中的应用 |
| CN116494340A (zh) * | 2023-06-15 | 2023-07-28 | 东北林业大学 | 一种三维结构竹材及其变形加工方法与应用 |
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| CN111730707A (zh) * | 2020-07-16 | 2020-10-02 | 广西大学 | 一种速生杉木压缩密实化的方法 |
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2021
- 2021-12-29 CN CN202111632437.3A patent/CN114248321A/zh active Pending
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