CN117015460A - 用于制造木材-聚合物复合材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造木材‑聚合物复合材料的方法。其涉及一种制造这种复合材料的方法，该方法包括：提供木材元件(1)；利用乳酸水基溶液(2)浸渍木材元件；并且然后在比引发乳酸的原位聚合的标称温度更高的加热温度下对浸渍的木材元件进行热处理(3)，以便诱导乳酸水基溶液在浸渍的木材元件内的扩散并引发乳酸的原位聚合两者。根据本发明，热处理(3)包括对加热温度的增加的加速和/或标称温度的降低。

Description

用于制造木材-聚合物复合材料的方法

背景技术

本发明涉及一种用于制造木材-聚合物复合材料的方法，其中，利用可聚合有机试剂浸渍木材材料，以强化木材材料(特别是密度、尺寸稳定性、耐久性、硬度、耐磨性和/或弹性模量)。这种木材改性材料特别适用于制造由一系列木制板制成的木制建筑，但也适用于许多其它木制品，例如铺板、覆层、地板、细木工制品和家具。

在该技术领域中，应当理解，通常仅有少数木材种类在工业规模上进行化学改性，因为仅当化学物质能够沿着木材体积均匀扩散时，化学改性才是有效的。现在，仅有少数木材种类既是可浸渍的又是同质的，足以允许化学物质如此良好的扩散。因此，已知工业规模的木材化学改性仅限于非常特定的木材种类，其不一定存在于任何地方并且对于某些应用来说可能过于昂贵。作为示例，辐射松、赤杨、南黄松、苏格兰松和枫木显示出一定的同质性。然而，木材化学改性或浸渍工艺主要依赖于高渗透性的木材(主要由新西兰栽培的辐射松组成)。

在这方面，已知若干技术浸渍和/或化学改性木材。例如，来自TITAN WOODLIMITED的产品是基于“乙酰化反应”的，即，将乙酸酐浸渍到木材结构中。该反应是通过热引发的。它释放出的乙酸是一种副产物，由于其难闻的气味和酸度，必须在此工艺中消除。最终产物是通过乙酸酐的乙酰基对其羟基进行酯化而获得的改性木材。

名为的另一已知工艺由KEBOONY AS开发，并在文献WO 2011/1444608A1中公开。该已知工艺基于“糠化反应”，即，将糠醇浸渍到木材结构中。该反应同样是通过热引发的。此时，最终产物是糠醇接枝到半纤维素和木质素并使糠醇在木材结构中缩聚而获得的改性木材。

两种已知工艺都具有强化木材的优点，因此可以用于木材构造目的(即，建筑物，但也可以用于铺板、覆层、地板、细木工制品和家具)。然而，如上所述，这种已知工艺的缺点是，它们需要主要从新西兰进口的同质木材材料作为起始点，其具有显著的环境成本。

尽管进行了研发工作，但诸如硬木之类的其它木材种类通常不会进行化学处理，因为他们接受化学处理的复杂性。例如，山毛榉木材在欧洲是广泛可用的，但由于它被认为对病原体不具抵抗力，而且随着相对湿度的变化，其展示出大尺寸变化，因此利用不足(under-exploited)。尽管已知山毛榉木材非常多孔且易于浸渍，但是这种木材的浸渍和处理通常导致强尺寸变形。

因此，需要一种用于化学改性硬木(例如，山毛榉木材)的方法，以便增加其对病原体的抵抗力并稳定其尺寸，使得其可以被利用和估价。

为此，开发和测试了若干技术。这是通过可聚合有机试剂(诸如乳酸)的原位聚合进行化学改性的情况。此处，有机试剂可以在木材细胞壁中聚合(原位)。这包括两步过程：浸渍，然后进行聚合反应。第一步是在室温下，在真空中将乳酸的水基溶液浸渍到木材结构中。然后，第二步是在通风烘箱中，在高温(大于120℃)下对浸渍的木材进行热处理。进行该加热步骤以诱导溶液扩散到木材细胞壁中，并引发乳酸的缩聚。所得材料是木材-聚乳酸复合材料。

然而，这种化学改性具有若干缺点。首先，乳酸聚合需要高温(通常高达200℃)，以便达到足够高的聚合度以应用于塑料工业中。为了消防安全，只有在惰性或饱和蒸汽气氛下的封闭系统中才可能达到如此高的木材处理温度。其次，木材材料干扰缩聚，这限制了乳酸在木材细胞壁内的聚合并转化为聚合物，再加上低于乳酸聚合温度(即发生乳酸聚合的标称温度)的温度，降低了改性工艺效率。

为了克服这些缺点中的一些缺点，试图在饱和蒸汽下的封闭系统中而非开放系统中加热木材。然而，乳酸的原位聚合受到湿度阻碍。

另一个建议的解决方案是进行轻度热处理(即，不超过160℃)，但持续时间延长(即，48小时)。这种更温和且更长的加热支持乳酸的原位聚合。因此，其允许乳酸达到足够高的聚合度，以强化浸渍的木材材料的性质。然而，这种加热也在工艺中加剧了木材的降解，从而降低了木材的机械性质并限制了更高聚合度的益处。

最后，无浸渍的热处理也是众所周知的工艺。它包括通过施加高温(180至240°C)一定时间(若干天)来控制实木的热解。该工艺允许降解和消除部分木材半纤维素，木材半纤维素是木材中最亲水的化合物。但它仍然有一个缺点，即热处理会引起机械阻力的显著损失，并且它不适合所有类型的木材种类。例如，山毛榉木材对这样的热处理反应不佳。

总之，已知无浸渍的木材热处理会引起木材的机械阻力损失。因此,在该上下文中，需要在原位乳酸聚合的程度(其改善木材的性质)与木材降解的风险(其阻碍改善木材的性质)之间找到平衡。

还值得注意的是，还存在其它现有的木材化学改性解决方案。这些解决方案主要涉及交联反应或使用高效的非生物基催化剂来提高反应速度，这进而使长时间的热处理变得不必要。例如，来自FIBRE 7UK LIMITED的产品将基于化石的分子在木材结构中进行了浸渍和网状化。该工艺允许降低木材对水、湿度和火的敏感性，并且用于需要高耐水性或高防火性的应用(例如，游艇甲板)。来自BASF SE的另一名为/>的工艺包括将DMDHEU(二甲基羟基乙烯)(一种大体积的基于化石的分子)浸渍到木材结构中。该工艺允许提高木材的耐水性，因为DMDHEU将占据木材结构中的空隙空间，否则水会渗入到空隙空间中。在这两种解决方案中，都不需要进行长时间的热处理。然而，这些解决方案具有显著的缺点。实际上，它们都涉及使用来自石油资源的化学物质。

因此，还需要一种用于在不使用任何石油资源的情况下以成本有效的方式对木材进行化学改性并且改善其性质的方法。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于制造木材-聚合物复合材料的方法，该方法改善了木材的性质(其对病原体的抵抗力和/或其与水和湿度有关的尺寸稳定性)，这避免使用石油资源，其是成本有效的，同时是灵活的，并且适用于硬木(例如山毛榉木)的化学改性。

为此，本发明涉及一种用于制造木材-聚合物复合材料的方法。该方法包括：提供木材元件，然后利用乳酸水基溶液浸渍木材元件。然后，该方法包括：在比引发乳酸的原位聚合的标称温度更高的加热温度(T)下对浸渍的木材元件进行热处理，以便诱导乳酸水基溶液在浸渍的木材元件内的扩散并引发乳酸的原位聚合。根据本发明，热处理包括对加热温度(T)的增加的加速和/或标称温度(T₀)的降低。

尽管原位乳酸聚合的已知解决方案进行了更温和且更长时间的热处理，从而减缓了聚合，但本发明替代地提出了增加反应动力学，使得可以在更短的时间段内达到最终聚合度，或者在已经报道的热处理持续时间内显著增加最终聚合度。减少加热时间允许限制由木材加热引起的木材的机械、物理和化学降解。作为第二选项，在已经报道的热处理持续时间内增加最终聚合度允许补偿由较长尺寸的原位聚合乳酸的加热引起的木材降解。结果，本发明认识到原位乳酸聚合是对木材进行化学改性的合适技术，并且使得能够在木材性质的改善(由于聚合)与木材性质的降解(由于加热)之间实现适当平衡的情况下实现该聚合反应。通过这样做，本发明允许控制木材的降解，并改善木材的性质。

此外，由于本发明的确实现了原位乳酸聚合技术，其允许避免使用来自石油资源的化学物质。

此外，由于本发明在热处理期间限制木材的降解，它克服了硬木(例如山毛榉木材)的主要障碍，即它们不可渗透或它们显示出高溶胀(swelling)和收缩值(暴露于在潮湿环境中，或通过浸渍)的事实。该障碍解释了为什么这种硬木不被认为是化学改性的良好候选，尽管它们在诸如欧洲的一些区域中的广泛可用，并且它们的成本相对低。因此，本发明可以在这样的硬木上使用原位乳酸聚合，然后对这种木材种类进行化学强化。

本发明具有附加的优点。首先，浸渍和加热工艺是相对简单且快速的，这使得其与其它已知工艺相比更便宜。其次，本发明提供了更高的灵活性，因为可以设置许多参数，诸如聚合速度、微波辐射的温度和持续时间、真空条件的压力和持续时间、功率，使得制造商可以根据其可以选择的参数集合来定义若干木材质量等级。

在实施方式中，对加热温度的增加的加速是通过微波辐射的热处理来实现的。这种类型的热处理的效果是从木材材料的核心开始快速增加温度。这将增加聚合速率，同时减少木材暴露于热。因此，它将限制木材组分的降解。

在利用微波辐射的该实施方式中，微波辐射的频率有利地大于500MHz，优选地在1GHz至3GHz之间。此外，通过微波辐射进行的热处理优选地是在140℃至180℃的温度下、在2小时至72小时期间发生的。

优选地，通过微波辐射进行的这种热处理是在微波炉或微波隧道内发生的。

在实施方式中，标称温度的降低是通过在真空条件下的热处理来实现的。真空的影响是压力将影响化学反应的动力学，因此水蒸发将在约70℃而不是100℃的标称温度下发生。结果，乳酸的聚合在更低的温度下发生，因此聚合速率增加，从而允许在更短的时间段或更低的温度下达到期望的木材性质，或者在相同的时间段和温度下达到更高的乳酸聚合度。这为制造商提供了许多处理选项(例如缩短加热持续时间和/或降低加热温度)，同时增加聚合速率。

在该实施方式中，在真空条件下，压力可以在100毫巴至500毫巴之间，优选地在约300毫巴。在真空下的热处理优选地是在140℃至180℃之间的温度下、在24小时至72小时期间发生的。

在这些实施方式中，在热处理之前添加预热处理的步骤是特别有利的。为此，作为第一另选方案，在木材元件被浸渍之后并且在该木材元件被热处理之前，对浸渍的木材元件进行预加热以增加其温度，并且然后减少浸渍的木材元件在热处理期间达到聚合温度所需的时间。该木材元件的这种热制备的优点在于，在根据本发明进行加热步骤之前，它具有更高的温度。通过这样做，木材将需要更少的时间来聚合，因此它将在缩短的时间段期间暴露于热(降解)处理。因此，通过本发明的热处理，木材将被更少地降解。对于利用微波预加热，在20分钟至4小时之间的持续时间的预处理以达到160℃(根据期望的温度斜坡)是有利的。

另选地或另外地，作为第二另选方案，有利的是在热处理之前添加真空预干燥处理的步骤。在这种情况下，在木材元件被浸渍之后并且在该木材元件被热处理之前，对浸渍的木材元件进行预干燥，以便减少浸渍的木材元件的水分含量，并且然后减少在聚合开始之前蒸发水所需的能量的量。此处，浸渍木材的制备允许在热处理发生之前减少水的量。由于水必须在聚合开始前蒸发，因此预干燥可以更快地开始聚合，然后允许在更短的时间段内达到期望聚合度，从而缩短浸渍木材的加热(和降解)。

有利地，木材元件的真空预干燥步骤是在低温下、优选地在60℃至80℃之间发生的。

关于浸渍步骤，优选地是，利用乳酸水基溶液浸渍是在真空下进行的。真空允许从木材中的空隙空间移除空气。实际上，当压力回到大气压时，液体被吸入到木材空隙中。由于真空，本发明避免了液体在木材中的缓慢扩散并且仅通过毛细作用进行。

此外，为了进行合适的乳酸浸渍，优选地是乳酸水基溶液包括多于70％的乳酸。

最后，本发明还涉及一种木材-聚合物复合材料，该木材-聚合物复合材料能够通过实现根据本发明的方法来获得。本发明还涉及一种构造元件，其包括由根据本发明的木材-聚合物复合材料制成的一组薄片(lamellas)。

附图说明

通过参考附图，根据出于说明的目的而给出的本发明实施方式的以下描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。

-图1是表示根据本发明的若干实施方式实现的不同步骤的示意图。

-图2是表示根据现有技术的两步过程的示意图。

-图3是表示根据本发明的两步过程的示意图。

具体实施方式

用于乳酸原位聚合的已知方法

如上所述，通过乳酸原位聚合对木材元件进行化学改性在申请日之前是已知的，因为它已经被研究并发表在同行评审的期刊上。参考图2给出了这种已知工艺的示例。

基本上，该已知工艺包括在室温下通过乳酸的水基溶液在真空下浸渍木材元件，随后在120℃至180℃的温度下在通风烘箱中进行热处理。热处理(或加热阶段)两者将诱导产物在木材结构中(即，在木材细胞壁中)的扩散并引发化学反应(即，乳酸在木材结构中的缩聚)。

关于在木材结构中的乳酸原位聚合存在许多出版物。这些出版物包括(因此其中可以找到关于原位聚合过程的更多细节)：

–et al.,2009a.,“Lactic acid/wood-based composite material.Part 1:synthesis and characterization”,Bioresource Technology,100(20),4711-4716.

–et al.,2009b.,“Lactic acid/wood-based composite material.Part 2:Physical and mechanical performance”,Bioresource Technology,100(20),4717-4722.

–et al.,2015,“Evaluating the extent of bio-polyesterpolymerization in solid wood by thermogravimetric analysis”,Journal of WoodChemistry and Technology,35,325-336.

–Grosse et al.,2018,“Influence of water and humidity on woodmodification with lactic acid”,Journal of Renewable Materials,6(3),259-269.

–Grosse et al.,2019,“Optimizing chemical wood modification witholigomeric lactic acid by screening of processing conditions”,Journal of WoodChemistry and Technology,39,385-398.

在这些出版物中，公开了乳酸原位聚合工艺，然后对获得的木材-聚合物复合材料进行一系列测量，特别是以下参数：抗溶胀效率(ASE)、平衡含水量(EMCt)、浸出性、生物抗性。

例如，出版物“Optimizing chemical wood modification with oligomericlactic acid by screening of processing conditions”描述了以下原位聚合工艺。第一，在浸渍之前，从山毛榉木材(即，Fagus sylvica L.)中切割木材样品，并将该木材样品烘干至恒定重量。第二，提供L(+)-乳酸溶液(≥85％)，并且制备乳酸低聚物(OLA)。第三，低聚聚酯是通过在真空下使用装配有磁力搅拌器和回流冷凝器的四颈烧瓶进行直接聚合来合成的，该磁力搅拌器和回流冷凝器被链接到在线冷阱和真空泵。然后将该溶液浸渍在木材样品中(图2中的步骤2)。在减压(150毫巴)下加热溶液。使用温度计来控制聚合反应和加热温度。将温度首先逐渐增加到90℃，作为1小时的初始蒸馏步骤(图2中的步骤3)。初始低聚步骤包括：将温度逐渐增加至140℃达2.5小时。第五，在处理之前，将木材样品在103℃烘箱干燥至恒定重量。第六，将木材样品在室温下浸入液体低聚物(OLA)中。将容器在减压(150毫巴)下放置在真空烘箱中达10至15分钟，然后在大气压下放置达10至15分钟。然后擦拭浸渍的样品，并在不同温度下将该样品设置在通风烘箱中的铝箔上达不同的持续时间。最后，潮湿气氛中的固化是在具有受控蒸汽压力系统的反应器中进行的。然后，干燥固化是在通风烘箱中进行的。

下面描述这种已知原位聚合工艺的另一示例。在该示例中，提供了山毛榉木片。这些片的尺寸为130×30×300mm³并且含水量为18％。在真空/压力工艺下，利用88％的乳酸溶液以95％的浸渍率浸渍这些山毛榉木片(图2中的步骤2)。浸渍在真空下进行(降至150毫巴)。在对流烘箱中，在160℃的温度下，将浸渍的木材热处理达48小时的持续时间(图2中的步骤3)。这种热处理导致约13％的溶胀(由于乳酸扩散到木材结构中)和约14％的收缩(由于热处理期间的木材组分降解)。当固化完成时，可以移除木材-聚合物复合材料。

在该示例中，所得木材-聚合物复合材料在细胞壁中含有聚合物，从而取代部分木材聚合物。即使在超过50％的硬提取条件下(即在压力下的热氯仿)，这些聚合物也不能从结构中提取。当在潮湿条件(23℃和99％的相对湿度)下测量时，该材料的抗溶胀效率达到70％。在机械性质中，滚动剪切强度平均达到33.6kN。

根据本发明的乳酸的原位聚合

参照图1和图3，公开了一种用于制造木材-聚合物复合材料的方法。从木材元件开始(图1中的步骤1)，本发明的两个主要步骤是用乳酸水基溶液浸渍木材元件(图1和图3中的步骤2)，然后对浸渍的木材元件进行热处理(图1和图3中的步骤3)。下面将解释，可以设想另外的步骤，其包括在热处理之前，对浸渍的木材元件进行预处理(图1中的步骤4)。

与已知方法相比，根据本发明的方法不仅可以改善木材的性质(特别是其对病原体的抵抗力，以及其与水和湿度有关的尺寸稳定性)，而且避免使用石油资源。此外，该方法是成本有效的、灵活的，并且适合于硬木(诸如山毛榉木材)的化学改性。

步骤1：提供木材元件

步骤1包括：提供待强化的木材元件。例如，用于实施本发明的合适木材是欧洲山毛榉(Fagus sylvatia)或枫木(Acer pseudo planus)，但是其它木材种类也可以考虑。可以简单地从木料中切割片。在浸渍之前，这些木片可被烘箱干燥至恒定质量。该步骤在图1中示出。

步骤2：利用乳酸水基溶液浸渍

步骤2包括：利用乳酸水基溶液浸渍木质元件。为此，使用乳酸水基溶液。该溶液应包括多于70％的乳酸，并且优选多于85％。作为示例，这种溶液可以源自Sigma-Aldrich(瑞士)。该步骤在图1和图3中示出。图2与图3之间的比较强调了浸渍的原理是本领域已知的。

优选地，利用乳酸水基溶液浸渍木质元件可以在真空下进行。在这方面可以使用任何常规技术。例如，木材元件可以放置在高压釜中，并且可以在用乳酸水基溶液填充容器之前建立压力在10毫巴至30毫巴之间的真空。当溶液处于其中时，重新建立大气压力，然后产生超压，这使得乳酸浸渍木材元件。超压可保持特定时间。浸渍溶液在若干现有技术文献中公开，例如WO 2004/011216 A1和WO 2011/144608 A1，其公开内容通过引用并入本说明书中。

在浸渍期间，木材元件是利用乳酸水基溶液浸渍的，这意味着木材细胞内腔被填充。

步骤3：热处理

步骤3包括：在特定的加热温度T下，在特定的持续时间D期间，对浸渍的木材元件进行热处理。该步骤在图1和图3中示出。图2与图3之间的比较强调了本发明的热处理不同于现有技术。

通常，该步骤旨在诱导乳酸水基溶液扩散到木材细胞壁中，并引发乳酸的缩聚。在该引发之后，聚合可以在木材维持加热的时间期间发生。在这方面，加热温度T必须达到乳酸聚合温度，其被称为标称温度T₀，即，引发乳酸聚合的温度。在环境空气中，已知标称温度T₀为约120℃。热处理的持续时间D(即，维持加热温度T的时间段)允许聚合发生足够长的时间段以达到期望聚合度。

根据本发明，步骤3的热处理是以两种独立的方式实现的，这两种方式的共同之处是，两者都允许增加聚合反应的效率。

根据本发明的热处理的这些另选实施方式全部是针对快速聚合速率的方法。实际上，通过微波辐射的热处理(第一实施方式)将通过加速原位温度T的增加来加速聚合反应。真空条件下的热处理(第二实施方式)将通过降低特征温度(即上述标称温度T₀)来加速反应，从而增加反应动力学。两个实施方式的优点在于它们显示出低惯性，而现有技术的热处理需要更多的时间来诱导和维持聚合反应。

在热处理期间，乳酸水基溶液将扩散到木材元件的解剖结构中，即扩散到木材细胞壁中。

步骤3的第一实施方式：微波辐射

执行热处理的第一种方式是使用微波辐射以加速加热温度T的增加。

优选地，微波辐射的频率大于500MHz，优选地在1GHz至3GHz之间，加热温度T在140℃至180℃之间，并且处理持续时间D在2小时至72小时之间。制造商可以改变这些参数以确定聚合反应的速度。

在该实施方式中，通过微波辐射的热处理可以在微波炉内或在微波隧道内发生。实际上，在利用乳酸水基溶液浸渍木材之后，将浸渍的木材插入微波炉或微波隧道中。

下面提供该第一实施方式的详细示例。

在该示例中，提供了山毛榉木材样品，其尺寸为135×41×750mm³并且含水量为8％。在真空下利用88％的乳酸水基溶液浸渍这些木材样品。平均浸渍产率为67％。然后，在微波辐射下，以915MHz或2.45GHz的辐射频率，利用许多可能的功率密度和加热持续时间进行若干热处理。

利用所有这些参数，处理导致约28％的最终重量百分比增益(在木材结构中固化的聚合物)。在固化步骤期间，将乳酸扩散到木材细胞壁中提高了约6％的木材溶胀。在潮湿条件(23℃和99％的相对湿度)下，测量抗溶胀效率为约30％。在相同条件下，在暴露200小时的情况下，排湿效率为约30％。

这种热处理的效果是微波辐射引发来自材料核心的温度的快速增加。应当理解，该温度增加将取决于材料密度和水分含量。这些辐射相应地缩短了木材加热的持续时间，因此木材元件的降解受到限制。

步骤3的第二实施方式：真空条件

执行根据本发明的热处理的第二种方式是在真空条件下进行热处理，以便降低引发乳酸的原位聚合的标称温度T₀。

优选地，真空条件产生的压力在100毫巴至500毫巴之间，优选约300毫巴。热处理可以在140℃至180℃之间的温度T下进行，持续时间D在24小时至72小时之间。

在该实施方式中，真空条件下的热处理可以在真空烘箱内进行。实际上，在利用乳酸水基溶液浸渍木材之后，将浸渍的木材插入到具有适当压力的真空烘箱中。

在该实施方式中，压力通过改变平衡温度来影响化学反应动力学。水蒸发发生在约70℃、300毫巴的压力下，而非在100℃、1013.25毫巴的通常大气压下。这意味着乳酸聚合将在较低温度下开始，即，在约90℃而不是120℃下开始。

根据制造商的选择(取决于加热温度和他将选择的持续时间)，第二实施方式可以提供以下两种效果中的一种。一方面，它可以达到与在开放系统中的已知热处理获得的那些相同的木材性质，但时间更短，并且温度可能更低。另一方面，制造商可以决定在相同的生产参数(例如，在160℃的温度下达48小时的持续时间)下工作，以实现木材中乳酸的更高聚合度，这改善了木材-聚合物复合材料的最终性质。实际上，更高程度的聚合将补偿木材-聚合物复合材料的机械性质的降解。

下面提供该第二实施方式的详细示例。

在该示例中，提供了山毛榉木材样品，其尺寸为130×45×(250至750)mm³并且含水量为8％。在真空下利用88％的乳酸水基溶液浸渍这些木材样品。平均浸渍产率为69％。然后，在真空下进行热处理，遵循以下循环：在800毫巴下14小时内将温度增加至160℃，然后将压力瞬时降低至250毫巴(将温度维持在160℃)达40小时，然后在2小时内将温度降低至80℃并将压力升高至1000毫巴。

利用所有这些参数，处理导致约17％的最终重量百分比增益(在木材结构中固化的聚合物)。在固化步骤期间，将乳酸扩散到木材细胞壁中提高了约5％的木材溶胀。在潮湿条件(23℃和99％的相对湿度)下，测量抗溶胀效率为约68％。在相同条件下，在暴露500小时的情况下，排湿效率为约52％。在这500小时结束时，未经处理的木材的参考样品显示10％的溶胀值，而经处理的样品显示仅3％的溶胀。一些样品已经暴露于相同的真空热处理以量化乳酸的效果。那些样品显示与所述参考相同的10％溶胀，并且没有ASE或MEE。对于在上述条件下处理的木材，杨氏模量和弯曲强度分别被测量为16’971MPa和83MPa，而仅暴露于真空热处理(无化学浸渍)的样品分别显示为13’258MPa和77MPa。

步骤4：预处理

步骤4包括：对浸渍的木材元件进行预处理。该步骤发生在浸渍之后且热处理之前。执行该中间步骤以提高整个工艺的效率。因此，它特别适用于长时间的热处理有利的应用。在图1中以虚线方形示出以强调它可以作为中间步骤添加的事实。甚至可以考虑几个这样的中间步骤。

可以考虑该预处理步骤的两个实施方式。

步骤4的第一实施方式：预加热

在第一实施方式中，预加热浸渍的木材元件。这允许增加浸渍的木材元件的温度。这进而允许减少浸渍的木材元件在热处理期间达到标称温度T₀所需的时间。

例如，在浸渍之后，通过微波辐射对浸渍的木材元件进行预加热。实际上，将浸渍的木材元件放置在快速微波炉内。这允许材料在进入热处理高压釜之前的温度快速增加。实际上，木材是比金属高压釜更难以加热的隔热材料。因此，通过对流加热工艺将系统温度从20℃增加到160℃需要相当长的时间，这取决于加热的体积。通过对浸渍的木材进行快速微波预加热来减少该时间，从而提高了工艺效率。

此外，在真空下使用微波辐射可以移除过量的水，同时增加温度。因此，这允许在高压釜中利用最佳制备材料(即，具有较少过量的水)开始实际热处理步骤，以实现最高工艺效率。

第二实施方式：预干燥

在第二实施方式中，对浸渍的木材元件进行真空预干燥。这允许在热处理之前降低浸渍的木材元件的水分含量。这进而允许减少在聚合开始之前蒸发水所需的能量的量，从而加速热处理，因为反应可以立即开始。

优选地，该真空预干燥步骤在低温下进行，优选在60℃至80℃之间，并且在任何情况下都在比热处理步骤期间所使用的温度T更低的温度下进行。真空预干燥确实具有以下优点：其可以在比通常木材干燥更低的温度下进行。

下面给出预干燥步骤的详细示例。

在该示例中，提供了山毛榉木片，其尺寸为130×30×300mm³并且含水量为约18％。在真空/压力处理下利用88％的乳酸水基溶液浸渍这些片。这导致浸渍产率为约95％。然后将这些片储存在温度为22.5℃和相对湿度为46.5％的气氛中。

然后，在17天后，测量木片的重量损失为22.5％，其对应于乳酸溶液中12％的水和在约8.5％的含水量下的木材的稳定性。这相当于损失了最初在木材中的含水量的约10％。

Claims (15)

1.一种用于制造木材-聚合物复合材料的方法，所述方法包括：提供木材元件(1)；利用乳酸水基溶液浸渍所述木材元件(2)；并且然后在比引发所述乳酸的原位聚合的标称温度(T₀)更高的加热温度(T)下对所浸渍的木材元件进行热处理(3)，以便诱导所述乳酸水基溶液在所浸渍的木材元件内的扩散并引发所述乳酸的所述原位聚合，其特征在于，所述热处理(3)包括对所述加热温度(T)的增加的加速和/或所述标称温度(T₀)的降低。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述加热温度(T)的增加的加速是使用通过微波辐射进行的热处理来实现的。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述微波辐射的频率大于500MHz，优选地在1GHz至3GHz之间。

4.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，所述通过微波辐射进行的热处理是在140℃至180℃之间的温度下、在2小时至72小时期间发生的。

5.根据权利要求2至3中任一项所述的方法，其中，所述通过微波辐射进行的热处理是在微波炉或微波隧道内发生的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述标称温度(T₀)的降低是通过在真空条件下的热处理来实现的。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述压力是在100毫巴至500毫巴之间，优选地约为300毫巴。

8.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，在真空下的所述热处理是在140℃至180℃之间的温度下、在24小时至72小时期间发生的。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述木材元件被浸渍之后并且在所述木材元件被热处理之前，所浸渍的木材元件被预加热(4)以增加该木材元件的温度，并且然后减少所浸渍的木材元件在所述热处理期间达到所述聚合温度所需的时间。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述木材元件被浸渍之后并且在所述木材元件被热处理之前，所浸渍的木材元件被真空预干燥(4)以减少所浸渍的木材元件的水分含量，并且然后减少在所述聚合开始之前蒸发水所需的能量的量。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述预干燥(4)是在低温下、优选地在60℃至80℃之间发生的。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，利用乳酸水基溶液浸渍(2)是在真空下进行的。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述乳酸水基溶液包括多于70％的乳酸。

14.一种木材-聚合物复合材料，所述木材-聚合物复合材料能够通过实现根据前述权利要求中任一项所述的方法来获得。

15.一种构造元件，所述构造元件包括由根据权利要求14所述的木材-聚合物复合材料制成的一组薄片。