專利名稱：天然態(tài)木材/合成高聚物改性的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改性木材，尤其是利用合成高聚物或合成高聚物預(yù)聚液作為浸漬液對(duì)天然態(tài)木材即原木、板、方，而非纖維態(tài)、刨花態(tài)、木粉態(tài)、單板態(tài)木材的改性。
背景技術(shù)：
目前，公知改性木材即“improved wood經(jīng)各種物理、化學(xué)方法[浸樹(shù)脂膠或單體并經(jīng)高溫(高溫壓縮)或射線處理]”其中包括浸漬材即“impreg，impregnated wood浸漬過(guò)合成樹(shù)脂膠，經(jīng)高溫或射線處理過(guò)的一種改性木材”《中國(guó)林業(yè)辭典》(南京林業(yè)大學(xué)編1994年11月第一版)專利申請(qǐng)?zhí)?6104938“塑化纖維模制品制造工藝”，發(fā)明人將原始木材碎化成木粉，再將木粉與液態(tài)熱固性樹(shù)脂如酚醛樹(shù)脂和尿醛樹(shù)脂以及顏料等其他填加料混合，經(jīng)捏合、脫水和干燥后，將其在高溫下放在模具中壓制成型。
專利公開(kāi)號(hào)CN1037105A“琥珀木及其制造方法”與專利申請(qǐng)?zhí)?6104938的區(qū)別只是木粉改為木塊，該專利中“所述琥珀木的原料可采用常用的各種木制品用材，也可采用各種劣質(zhì)的木材，如在我國(guó)松屬中分布最廣、數(shù)量最大的馬尾松，還可以選用不成材的林業(yè)生產(chǎn)下腳(樹(shù)枝、樹(shù)根等小材或廢材)。通過(guò)對(duì)這些原木材進(jìn)行去皮、沖、剪切、鋸裁等機(jī)械加工以及烘干處理，可使其成為所需尺寸的胚料以用作進(jìn)一步處理?！薄澳＞邇?nèi)進(jìn)行壓制”成為“一種包含10％-40％合成樹(shù)脂的纖維結(jié)構(gòu)未經(jīng)破碎的木材”“這里，‘纖維結(jié)構(gòu)未經(jīng)破碎’是相對(duì)于上面已提到的中國(guó)專利申請(qǐng)86104938中所述的‘碎化’而言的”，上面的引述清楚地表達(dá)了CN1037105A“琥珀木及其制造方法”只是小木塊浸漬后與合成樹(shù)脂混合的模壓制品。
公知技術(shù)未能完成常規(guī)概念上的幾何尺寸未變、纖維未被破壞的木材改性，即原木、板、方的改性。
其困難在于①樹(shù)脂膠即完成交聯(lián)后的合成樹(shù)脂均為大分子，作為浸漬液難以進(jìn)入木材細(xì)胞；②樹(shù)脂膠即完成交聯(lián)后的合成樹(shù)脂黏度極高，即使在極高的壓力下(木材被壓碎)，作為浸漬液也難以進(jìn)行浸漬作業(yè)；③合成樹(shù)脂交聯(lián)之前，即合成高聚物預(yù)聚液或單體可以較好地完成浸漬作業(yè)，但作為浸漬液其使用壽命只有幾小時(shí)，難以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)；④公知技術(shù)均未注意作為浸漬用木材的預(yù)處理，以便于浸漬作業(yè)的順利進(jìn)行；⑤公知技術(shù)均未注意浸漬后的木材如何方便地干燥和固化，和游離甲醛的消除。

發(fā)明內(nèi)容
為了完成合成高聚物或合成高聚物預(yù)聚液對(duì)木材的改性，本技術(shù)采用專利申請(qǐng)?zhí)?3280517.9“天然態(tài)木材/合成高聚物改性設(shè)備”，該設(shè)備對(duì)浸漬液進(jìn)行作業(yè)全程冷卻，減緩了浸漬液的交聯(lián)速度，對(duì)合成高聚物，尤其是對(duì)合成高聚物預(yù)聚液行之有效。單次作業(yè)剩余浸漬液再用一定比例的甲醛對(duì)已經(jīng)交聯(lián)的大分子進(jìn)行剪切，阻止浸漬液各組分的交聯(lián)，大分子剪切工藝使浸漬液完好地滿足了大工業(yè)生產(chǎn)的使用要求。
本技術(shù)使用的浸漬液，尤其是使用合成高聚物預(yù)聚液黏度極低，滲透性很好地滿足了木材浸漬的需要。
公知技術(shù)并不涉及所用木材的干燥方式，而本技術(shù)把特定木材干燥方法作為木材改性的重要一環(huán)和前提條件，即浸漬用木材的預(yù)處理。預(yù)處理是采用特定干燥方法達(dá)到在保證木材干燥質(zhì)量的前題下使木材細(xì)胞壁破裂的目的，微觀上細(xì)胞壁的破裂并不影響宏觀上木材整體的物理力學(xué)性能，但對(duì)木材的浸漬和后期的干燥固化具有特別重要的意義。
以合成高聚物或合成高聚物預(yù)聚液浸漬的木材，后期的干燥固化特別困難，為了便于浸漬液中水分的逸出，快速地干燥固化，本技術(shù)在合成高聚物或合成高聚物預(yù)聚液浸漬液中加入發(fā)泡劑，使合成高聚物或合成高聚物預(yù)聚液在干燥固化初期在木材細(xì)胞內(nèi)由于發(fā)泡劑的作用形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高了水分逸出的速度，總體上提高了浸漬材的干燥固化速度。
利用高溫清除改性本材中的游離甲醛，降低改性木材成品游離甲醛釋放量。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明天然態(tài)木材/合成高聚物改性設(shè)備示意1中F1真空泵閥 F2回壓閥 F3回液閥 F4放液閥 F5冷卻水循環(huán)閥 F6反應(yīng)釜放液閥 Fa、Fb高壓閥 Fc、Fd單向閥①真空加壓浸漬罐 ②真空隔離罐 ③儲(chǔ)料罐 ④冷卻水箱 ⑤反應(yīng)釜⑥熱水鍋爐 ⑦液面計(jì) ⑧溫度計(jì) ⑨壓力表 ⑩真空表B1真空泵 B2加壓泵 B3回液泵 B4冷卻水循環(huán)泵 B5熱水循環(huán)泵B6儲(chǔ)液泵具體實(shí)施方式
在圖1中熱水鍋爐⑥中的熱水在熱水循環(huán)泵B5的推動(dòng)下在反應(yīng)釜⑤內(nèi)的盤(pán)管里循環(huán)，加熱反應(yīng)釜⑤內(nèi)的浸漬液各組分，使其快速溶解反應(yīng)。這過(guò)程溫度計(jì)⑧顯示反應(yīng)釜⑤內(nèi)反應(yīng)中的浸漬液的溫度。
浸漬液各組分溶解溫度不允許超過(guò)50℃浸漬液配制


上述配方列表中甲醛溶液要求甲醛含量一般為37±0.5％。
尿素含量應(yīng)在98％以上，含氮量46％以上。尿素中的硫酸鹽含量一般情況下不應(yīng)超過(guò)0.01％。
間苯二酚在本技術(shù)中作增韌劑使用?？梢圆皇褂?。但在使用時(shí)按表中比例減少尿素用量。
染料要求耐高溫混紡染料。
本技術(shù)要求按配方列表順序投料。其中尿素分兩次投入，第一次投入尿素總量的80％，全部溶解后，再行投入余下的20％本技術(shù)要求上述組分全部溶解后立即打開(kāi)閥門(mén)F6，啟動(dòng)儲(chǔ)液泵B6，浸漬液通過(guò)冷卻水箱④的盤(pán)管，冷卻后的浸漬液存入儲(chǔ)料罐③。
在真空加壓浸漬罐①內(nèi)裝好木材，關(guān)緊罐門(mén)后，關(guān)閉閥門(mén)F4、F3、F2、Fc、Fd，打開(kāi)閥門(mén)Fa、Fb、F1，啟動(dòng)真空泵B1，開(kāi)始真空作業(yè)。
打開(kāi)冷卻水循環(huán)閥F5，啟動(dòng)冷卻水循環(huán)泵B4，冷卻水在真空加壓浸漬罐①的循環(huán)管道內(nèi)循環(huán)，這個(gè)冷卻循環(huán)一直到作業(yè)完成。
裝在真空加壓浸漬罐①內(nèi)的木材，經(jīng)過(guò)預(yù)處理，預(yù)處理方法窯干或氣干木材當(dāng)含水率達(dá)到30～35％時(shí)，改用微波隧道(微波頻率915MHz)快速干燥，使木材的含水率達(dá)到5％以下。由于在微波作用下，水分以極高的蒸氣壓從木材細(xì)胞內(nèi)“噴”出，細(xì)胞壁破裂。直接使用微波隧道干燥濕木材，即木材含水率高于35％，“自由水”以液態(tài)形式被“擠出”，細(xì)胞壁不能均勻破裂。
當(dāng)真空表⑩顯示了設(shè)定的真空度，打開(kāi)放液閥F4，浸漬液在真空的作用下迅速充滿真空加壓浸漬罐①，而后，浸漬液又涌入真空隔離罐②，液面計(jì)⑦顯示設(shè)定的液面高度時(shí)，真空泵B1停機(jī)，關(guān)閉放液閥F4、真空泵閥F1，打開(kāi)回壓閥F2，木材完全在浸漬液的浸泡下，不接觸空氣，處在常壓下，有效地進(jìn)行真空吸液。因?yàn)槟静恼婵瘴海哉婵崭綦x罐②的液面不斷下降，當(dāng)液面計(jì)⑦顯示的液面停止不動(dòng)，液面不再下降，表明真空吸液已完成。
真空度設(shè)定真空表至少顯示在0.083Mpa后繼續(xù)真空15～25min。
真空隔離罐液面設(shè)定進(jìn)入真空隔離罐浸漬液的體積≤木材體積×空隙率[空隙率＝(1-全干密度/1.53)×100％]此時(shí)，關(guān)閉高壓閥Fa、Fb，打開(kāi)單向閥Fc、Fd，啟動(dòng)加壓泵B2，浸漬液不斷進(jìn)入真空加壓浸漬罐①，壓力表⑨顯示壓力不斷上升，當(dāng)達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)加壓泵B2停機(jī)，打開(kāi)高壓閥Fb、Fa，回液閥F3，啟動(dòng)回液泵B3，真空隔離罐②、真空加壓浸漬罐①及管道中的余液均被泵回儲(chǔ)料罐③，打開(kāi)真空加壓浸漬罐①的罐門(mén)，取出木材。
設(shè)定壓力4Mpa啟動(dòng)儲(chǔ)液泵B6，打開(kāi)反應(yīng)釜放液閥F6，將儲(chǔ)料罐③的余液全部泵回反應(yīng)釜⑤，按配方列表的比例補(bǔ)足已經(jīng)消耗的浸漬液。
補(bǔ)足量＝消耗量。
此時(shí)，特別注意的是，補(bǔ)加甲醛后攪拌10min，補(bǔ)加的甲醛將余液中已經(jīng)形成的大分子切斷之后，再按配方列表的順序補(bǔ)加其他組分。
補(bǔ)加甲醛的量必須超過(guò)余液的10％。
大分子被切斷的外表特征是余液變得清澈。該工藝可使浸漬液無(wú)限期地使用。
浸漬后的木材按常規(guī)的木材干燥工藝進(jìn)行干燥，當(dāng)干燥溫度達(dá)到65℃時(shí)，浸漬液中的碳酸氫鈉分解，在初步交聯(lián)的浸漬液中形成氣泡，進(jìn)一步固化成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，方便水分逸出。
常規(guī)干燥工藝完成，改性后的木材通過(guò)微波隧道，高溫消除游離甲醛，達(dá)到游離甲醛釋放量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。該處所指“高溫”不允許超過(guò)135℃，以防木材高溫降解及炭化。
權(quán)利要求
1.一種天然態(tài)本材即原木、板、方，而非纖維態(tài)、刨花態(tài)、木粉態(tài)、單板態(tài)的木材，利用合成高聚物或合成高聚物預(yù)聚液作為浸漬液，不破壞原有的纖維結(jié)構(gòu)，不改變?cè)械暮暧^幾何尺寸，極大地提高其物理力學(xué)性能，任意改變本材顏色的改性方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，浸漬用窯干或氣干木材當(dāng)含水率達(dá)到30～35％時(shí)，改用微波隧道干燥，在微波作用下，水分以極高的蒸氣壓使本材細(xì)胞壁破裂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，浸漬液中加入碳酸氫鈉作為發(fā)泡劑，以便于浸漬液在木材中的干燥固化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，以超過(guò)浸漬液余液10％的甲醛剪切浸漬液余液中已形成的大分子，延長(zhǎng)浸漬液的使用壽命。
全文摘要
天然態(tài)木材即原木、板、方，而非纖維態(tài)、刨花態(tài)、木粉態(tài)、單板態(tài)的木材，利用合成高聚物或合成高聚物預(yù)聚液作為浸漬液，微波干燥使木材的細(xì)胞壁破裂便于浸漬，浸漬液中加入發(fā)泡劑便于后期干燥固化,以超過(guò)浸漬液余液10％的甲醛剪切浸漬液余液中已形成的大分子，延長(zhǎng)浸漬液的使用壽命。不破壞原有的纖維結(jié)構(gòu)，不改變?cè)械暮暧^幾何尺寸，極大地提高其物理力學(xué)性能，任意改變木材顏色的改性方法。
文檔編號(hào)B27K5/04GK1616198SQ20031011409
公開(kāi)日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2003年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月14日
發(fā)明者鄧昌五 申請(qǐng)人:鄧昌五, 鄧博弘