專利名稱：阻燃實木型材、阻燃實木地板及其生產(chǎn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種經(jīng)木材熱處理和阻燃處理工藝改良的阻燃實木型材、阻燃實木地板及其生產(chǎn)方法，屬于木制品生產(chǎn)工藝技術。
背景技術：
木材作為可再生資源，越來越受到人們的重視，但木材本身的各向異性，使得木材在使用過程容易發(fā)生翹曲、開裂、變形、易腐、易霉、使用壽命短，特別是速生材，這些木材缺陷更嚴重，從而限制了木材的使用途徑。因此，為了提高木材的尺寸穩(wěn)定性和延長木材的使用壽命，人們開展了很多木材功能性改良的科研活動。上世紀90年代歐洲的芬蘭、荷蘭、法國和德國開始對炭化木(學名熱處理木或熱改性材)進行研究，典型工藝采用的是木材浸漬在高溫(160°C M(TC)熱油里處理，或采用惰性氣體為加熱介質(zhì)高溫(160°C 240°C)處理木材，處理得到的木材擁有很好的穩(wěn)定性和使用壽命，于90年代末開始實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但歐洲的這些工藝復雜，生產(chǎn)成本高。本公司在中國專利文獻CN1868704 (2006-11_29)曾公開“木材炭化處理方法”，該方法采用的是常壓下過熱水蒸汽為加熱介質(zhì)，采用連續(xù)升溫法在(1600C 240°C )條件下對木材進行處理，處理得到的木材獲得優(yōu)良的性能，由于生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)過程不添加任何化學藥劑，并很快實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。本公司在中國專利文獻CN1868708A (2006-11- )曾公開“炭化木地板生產(chǎn)方法”，實現(xiàn)了該技術在實木地板中的應用，使得實木地板第一次能應用于地采暖，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。浙江林學院在中國專利文獻CN101069972A (2007_11_14)曾公開“一種熱處理炭化木材的生產(chǎn)方法”，該方法是將初含水率低于12%的木材，按常規(guī)干燥法堆垛放入炭化窯內(nèi)，在1 3h內(nèi)升到50 80°C，接著以10 18°C的升溫速度升溫到95 105°C，接著以 3 8°C的速度升溫到120 130°C，使木材內(nèi)部含水率幾乎降到0%，再以12 20°C /h的速度升溫到185 220°C之間，保溫2 8h，并采用間歇式噴蒸法進行噴蒸處理，結束后采用間歇式噴蒸法進行降溫，降到120 140°C，接著采用進排氣口間歇開合和間歇式噴蒸法進行降溫到70 85°C，并維持1 4h，使木材的含水率恢復到4 9%，出窯。這一熱處理工藝只適用于小批量實驗室且厚度不大的木材板材，不能用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。經(jīng)本公司的多年生產(chǎn)經(jīng)驗證明如用上述方案處理木材的初含水率高于8%以上，木材厚度大于20mm 時，會使木材在處理后，容易產(chǎn)生表裂和內(nèi)裂，而且采用上述的間歇式噴蒸升溫和降溫，很容易引起在炭化處理過程中發(fā)生起火，以15 20°C /h的速度升溫到185 220°C之間處理木材，會由于木材受熱不均，使處理出來的木材材色表里不均，會大大降低木材出材率和降低木材等級。上海大不同木業(yè)科技有限公司在在中國專利文獻CN101497799A (2009_8_5)曾公開了 “一種超高溫木材炭化方法”，該方法在處理木材的初始階段升溫太快，如木材的含水率很高，會使得木材在炭化處理前期產(chǎn)生表裂，炭化后期產(chǎn)生內(nèi)裂，降低木材的出村率和木材的質(zhì)量。一直以來，由于實木型材的滲透性差，人們采用以下方法來對實木型材進行阻燃處理。加壓浸注法，典型工藝是在浸漬罐中，加壓浸注或先抽真空、再加壓浸注或先抽真空、 再加壓浸注、再抽真空這三種工藝，把阻燃劑浸注到木材里面。但這種方法對設備要求高， 生產(chǎn)工藝復雜，出材率低，生產(chǎn)能耗高，生產(chǎn)成本高，未真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用，而且所得到的產(chǎn)品穩(wěn)定性差，使使用過程中容易變形開裂。中國專利文獻CN1651202A (2005-8-11)曾公開“木材木制品阻燃劑及其處理方法”，其處理方法是將木材如板、木條等，木制品如細木工板、木質(zhì)膠合板、纖維板等，放入處理罐中，封閉罐門；抽真空至真空度為0. 084士0. OOSMPa，同時保持10 90分鐘；然后將阻燃劑于常溫下注入上述真空狀態(tài)下的處理罐中，同時加壓至0. 2 1. OMPa時保持1 6MPa，卸掉壓力及排空阻燃劑；然后再對處理罐抽真空至真空度為0. 084士0. 008MPa,同時保持20 90分鐘，最后排除真空。然而該方法生產(chǎn)工藝復雜，生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種阻燃實木型材的生產(chǎn)方法，它集合炭化熱處理木材和阻燃處理木材二者的優(yōu)點，克服其各自的缺點，有利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現(xiàn)的 阻燃實木型材的生產(chǎn)方法，依次包括步驟
A.干燥木材；
B.炭化熱處理至175°C 205°C ；
C.常壓浸漬阻燃處理；
D.干燥木材含水率為6.0 10. 0%。本發(fā)明以速生材為原料，由于速生材質(zhì)地較軟，而炭化又會進一步降低其表面硬度，通過本發(fā)明的阻燃處理，使速生材表面硬度提高，因而使速生材還具有表硬底軟的優(yōu)秀使用特性。集合炭化熱處理木材和阻燃處理木材的優(yōu)點，克服其各自的缺點，使處理得到的實木型材、實木地板尺寸穩(wěn)定性高，耐腐耐候性強，表層2 6mm處充滿阻燃劑，阻燃效果好，生產(chǎn)設備簡單，生產(chǎn)成本低，木材出材率高；克服了炭化木熱處理材不具有阻燃性的問題，克服了現(xiàn)有阻燃處理常壓技術條件下處理較厚木材時，阻燃劑不能很好地滲透入木材， 而且經(jīng)阻燃處理的木材在平衡、干燥過程中容易發(fā)生端裂、變形等以及不容易干燥的問題。步驟A所述干燥木材，是使木材含水率< 7. 0%的過程。所述的木材優(yōu)選速生材， 即生長速度快、成材周期短的樹種，優(yōu)選樟子松、南方松、馬尾松、輻射松、楊木、杉木、歐洲云杉等。本公司經(jīng)過多年的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)實踐證明，很多的熱處理工藝都能處理得到炭化木，但熱處理前木材的初含水率、木材的分層含水率與木材中的殘余應力這三個指標對提高炭化木的質(zhì)量和提高炭化木的出材率有決定性的作用，特別是木材的初含水率是這三個影響因素的核心，本技術方案是在本公司原有的專利技術基礎上，經(jīng)多年生產(chǎn)實踐得到的， 它既可以提高炭化木的質(zhì)量和出材率，同時也有利于產(chǎn)業(yè)化過程中的節(jié)能降耗。作為本發(fā)明技術方案的一種優(yōu)選，所述步驟B的炭化熱處理工藝，是將木材整齊碼垛并在木材堆頂部加壓，然后裝入木材熱處理設備中，迅速升溫和加濕，使溫度升高到80°C 90°C，濕度加濕到相對濕度為70% 80%，保持池 4h，然后采用階梯式升溫方法按照(10°C 20°C )/h的速度升溫到125°C 135°C并保持2h 4h，階梯式升溫同時一直通水蒸氣加濕，此時的相對濕度為> 100%,然后再采用階梯式升溫方法，將溫度按照(8°C 15°C ) /h的速度升溫至175°C 205°C，并在最高溫度下保持池 4h，結束后采用噴射霧化水方法讓木材快速降溫，至熱處理設備內(nèi)溫度小于120°C時，停止加濕和噴霧化水，讓木材自然降溫，至40°C 60°C時，木材移出設備，結束炭化熱處理。本技術工藝縮短了炭化處理時間，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，在炭化過程中采用175°C 205°C高溫高濕條件下處理木材，溶解木材抽提物，使木材里的活性基團如羥基等減少，打通木材導道和紋孔，而又不會使木材的表面硬度和靜曲強度降低得很大，并使木材擁有更出色的材色，而且此過程還可以顯著消除干燥及炭化處理后板材內(nèi)部形成的應力，大大減少了木材內(nèi)部的干燥缺陷如內(nèi)裂、表裂等，使得其后浸漬阻燃處理的木材出材率高。作為本發(fā)明技術方案的進一步優(yōu)選，所述炭化熱處理中采用連續(xù)式噴射霧化水方法降溫，安全簡單，不會引發(fā)著火，木材受熱均勻，處理出來的木材材色表里均勻，木材出材率高，在快速降溫后，木材的含水率很低，大約在1. 5% 3%，形成外高內(nèi)低的木材含水率梯度，有利于其后阻燃劑的滲入?，F(xiàn)有技術一般只能處理厚度小于5mm的薄型材，而本發(fā)明的阻燃處理方法不僅可以處理薄型材，而且可以處理厚度大于16mm的型材。經(jīng)過本發(fā)明炭化工藝處理后的速生實木型材尺寸穩(wěn)定性高、耐腐蝕性強，木材的閉塞導道和紋孔被打通，加上炭化后快速降溫形成的外高內(nèi)低的木材含水率梯度，有利于阻燃液滲透到木材內(nèi)部，不易流失，有效解決了阻燃劑的易流失問題。作為本發(fā)明技術方案的一種優(yōu)選，還包括在炭化熱處理后進行四面刨光，即木材炭化熱處理后，根據(jù)實際需要的板材尺寸，立即進行四面刨光處理成板材。作為本發(fā)明技術方案的一種優(yōu)選，所述步驟C的常壓浸漬阻燃處理，是在常壓下、 溫度為20°C 100°C的條件下，對炭化熱處理后的木材立即直接浸漬到無機阻燃劑中，浸漬時間為2 72h。更優(yōu)選地，所述的無機阻燃劑為質(zhì)量濃度為7 25%的水溶性磷-氮-硼阻燃劑、 聚磷酸銨阻燃劑、聚磷酸銨-硼酸鋅復合阻燃劑、磷酸胍阻燃劑或硼酸鋯阻燃劑，這些阻燃劑可以從市面上購買，也可以自己配制。磷-氮-硼添加型無機阻燃劑為相互起協(xié)效作用的無機阻燃劑。經(jīng)處理的木材既有良好的阻燃效果，吸濕性又大幅度降低。添加型阻燃劑主要是通過在木材中添加阻燃劑而發(fā)揮阻燃的作用，木材不與阻燃劑發(fā)生反應。當阻燃材遇火時，無機阻燃劑與木材形成的磷酸鹽首先失水，在高溫下，形成膨脹性焦炭層，隔熱阻氧，聚合物形成許多P-N鍵，有利于阻燃材進行脫水反應，具有很好的阻燃性，還可以防止阻燃劑的流失，增強木材的力學性能。硼化合物作為一種無機阻燃劑，遇熱產(chǎn)生水蒸氣，本身膨脹形成覆蓋層，起隔熱、隔絕空氣作用，能明顯提高木材耐火性能。所述步驟C常壓浸漬阻燃處理，是在常壓下，溫度為20°C 50°C條件下，對炭化熱處理后的楊木等材質(zhì)均勻、無明顯早晚材的木材，立即直接浸漬到質(zhì)量濃度為7 25%水溶性磷-氮-硼阻燃劑、聚磷酸銨(APP)、硼酸鋅(ZB)復合阻燃劑、磷酸胍阻燃劑或硼酸鋯阻燃劑；浸漬時間為12 32h，進一步優(yōu)選為18 Mh。作為本發(fā)明技術方案的另一種優(yōu)選，所述步驟C常壓浸漬阻燃處理，是在常壓下，溫度為20°C 100°C條件下，對炭化熱處理后的木材先浸漬到無機阻燃劑中2 72h，經(jīng)干燥后使木材含水率小于15%，再浸漬到低分子樹脂溶液中2 72h。浸漬到低分子樹脂優(yōu)選的浸漬時間為12 48h，進一步優(yōu)選是18 32h。再次浸漬低分子樹脂起到二次增強木材阻燃性能，同時能增加木材表面硬度。由于阻燃處理前已對木材進行了炭化熱處理，具有防腐耐候性能，因此本發(fā)明選用的阻燃劑可以不具備防腐防霉性，從而可以選用成本低的阻燃劑，降低了生產(chǎn)成本。優(yōu)選地，所述的低分子樹脂溶液，可以是三聚氰胺、酚醛樹脂、異氰酸酯、酚醛樹脂改性的尿醛樹脂或異氰酸改性的尿醛樹脂等。更進一步優(yōu)選，所述的酚醛樹脂固含量為20 50 PH為6. 5 7. 5，相對黏度為 2. 5 4. 7。作為本發(fā)明技術方案的一種優(yōu)選，還包括在阻燃步驟后進行平衡養(yǎng)生處理，是對浸漬阻燃劑得到的木材，整齊碼垛好并在木材堆頂部按lt/m2的標準加壓，在室內(nèi)養(yǎng)生2 7天。本發(fā)明的目的之二是提供一種根據(jù)上述生產(chǎn)方法得到的阻燃實木型材。本發(fā)明得到的阻燃實木型材含水率為6. 0 10. 0%，表層2 6mm處充滿阻燃劑， 型材具有阻燃性能，燃燒性能達到GB2(^86-2006規(guī)定的Bf1級以上。本發(fā)明還提供了根據(jù)上述生產(chǎn)方法得到的阻燃實木型材經(jīng)開榫開槽、涂裝得到的阻燃實木地板。綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果
1、集合炭化熱處理木材和阻燃處理木材的優(yōu)點，克服其各自的缺點，使處理得到的實木型材、實木地板尺寸穩(wěn)定性高，耐腐耐候性強，表層2 6mm處充滿阻燃劑，阻燃效果好， 生產(chǎn)設備簡單，生產(chǎn)成本低，木材出材率高；克服了炭化木熱處理材不具有阻燃性的問題， 克服了現(xiàn)有阻燃處理常壓技術條件下處理較厚木材時，阻燃劑不能很好地滲透入木材，而且經(jīng)阻燃處理的木材在平衡、干燥過程中容易發(fā)生端裂、變形等以及不容易干燥的問題；經(jīng)過本發(fā)明炭化工藝處理后的速生實木型材的閉塞導道和紋孔被打通，加上炭化后快速降溫形成的外高內(nèi)低的木材含水率梯度，有利于阻燃液滲透到木材內(nèi)部，不易流失，有效解決了阻燃劑的易流失問題，使處理得到的木材材色美觀、尺寸穩(wěn)定性高；
2、本發(fā)明以速生材為原料，由于速生材質(zhì)地較軟，而炭化又會進一步降低其表面硬度， 通過本發(fā)明的技術方案，使速生材表面硬度提高，因而使速生材還具有表硬底軟的優(yōu)秀使用特性，改良后的速生實木型材可取代硬木，滿足人們對木材品質(zhì)要求，減少熱帶雨林砍伐，節(jié)約森林能源，成為制造家居用品的理想材料。
具體實施例方式實施例一
采用規(guī)格為4020 X 155 X 55mm南方松速生材，經(jīng)氣干和窯干聯(lián)合干燥工藝，使木材的含水率為7. 0%。然后將木材整齊碼垛并在木材堆頂部按lt/m2的標準加壓鋼板框澆混凝土壓塊，然后裝入木材炭化設備中，迅速升溫和加濕，溫度升高到90°C，濕度加濕到相對濕度為80%，保持4h，然后采用階梯式升溫方法按照20°C /h的速度升溫到135°C并保持4h，此時相對濕度為100%，然后再采用階梯式升溫方法，將溫度按照15°C /h至200°C，并在最高
6溫度下保持4h，結束后采用噴射霧化水方法讓木材快速降溫至炭化設備內(nèi)溫度小于120°C 時，停窯結束炭化，自然降溫至60°C時立即出窯，炭化后的南方松板木材含水率為1.5%。 將炭化后的南方松板木材通過四面刨機床進行四面刨光，用鋸機截斷端頭，得到規(guī)格為 4000 X 152 X 52mm的四面刨光松板坯料。在水泥池里配制有溶液濃度為15%的磷-氮-硼阻燃劑，其中，磷-氮-硼阻燃劑經(jīng)配制而成，即采用質(zhì)量百分比含量為75%的八硼酸二鈉和25%的磷酸氫二銨混合配制而得。水泥池溶液溫度為20°C，把南方松板材浸漬到池里，上面負壓塊使木材全面浸漬溶液中，浸漬10h。結束后取出來，按干燥時的方式用隔條堆垛好，上面負壓塊在室內(nèi)養(yǎng)生5 天，然后進干燥窯干燥；待木材的含水率降低到15%以下后，移到另一水泥池中，該水泥池中裝有異氰酸改性的尿醛樹脂阻燃劑，所用的異氰酸脂改性尿醛樹脂直接從太爾化工(上海)有限公司購買，將木材浸漬到固含量為30%的異氰酸改性的尿醛樹脂溶液中18h，結束后取出，整齊碼垛好并在木材堆頂部按lt/m2的標準加壓鋼板框澆混凝土壓塊，在室內(nèi)養(yǎng)生2天。然后送進干燥窯進行干燥，干燥木材含水率為6. 0%，經(jīng)表面砂光后得到規(guī)格為 4000 X 150 X 50mm的本發(fā)明阻燃實木型材。按GB 8624-2006建筑材料及其制品燃燒性能分級標準，對本發(fā)明阻燃實木型材、 炭化熱處理木(即采用相同樹種、規(guī)格尺寸的速生材，只進行炭化處理而未進行阻燃處理得到的木材)、普通阻燃木(即采用相同樹種、規(guī)格尺寸的速生材，未經(jīng)炭化處理，直接用于阻燃處理得到的木材)、普通木材(即采用相同樹種、規(guī)格尺寸的速生材，未經(jīng)炭化處理，也未經(jīng)阻燃處理)進行燃燒性能比較，按GB/T 1941-2009木材硬度試驗方法進行表面硬度的比較(見表1)。表1南方松各種實木型材理化性能指標
權利要求
1.阻燃實木型材的生產(chǎn)方法，依次包括步驟A.干燥木材；B.炭化熱處理至175°C 205°C ；C.常壓浸漬阻燃處理；D.干燥木材含水率為6.0 10. 0%。
2.根據(jù)權利要求1所述的阻燃實木型材的生產(chǎn)方法，其特征在于所述步驟A干燥木材含水率< 7. 0%。
3.根據(jù)權利要求1所述的阻燃實木型材的生產(chǎn)方法，其特征在于所述步驟B炭化熱處理工藝，是將板材整齊碼垛并在木材堆頂部加壓鋼板框澆混凝土壓塊，然后裝入木材熱處理設備中，迅速升溫和加濕，溫度升高到80°C 90°C，濕度加濕到相對濕度為70% 80%， 保持池 4h，然后采用階梯式升溫方法按照(10°C 20°C)/h的速度升溫到125°C 135°C 并保持池 4h，階梯式升溫同時一直通水蒸氣加濕，然后再采用階梯式升溫方法，將溫度按照(8°C 15°C )/h的速度升溫至175°C 205°C，并在最高溫度下保持濁 4h，結束后采用噴射霧化水方法讓木材快速降溫至熱處理設備內(nèi)溫度小于120°C時，停止加濕和噴霧化水，讓木材自然降溫至40°C 60°C時，木材移出設備，結束熱處理。
4.根據(jù)權利要求1所述的阻燃實木型材的生產(chǎn)方法，其特征在于所述步驟C常壓浸漬阻燃處理，是在常壓下，溫度為20°C 100°C條件下，對炭化熱處理后的木材立即直接浸漬到無機阻燃劑中，浸漬時間為2 72h。
5.根據(jù)權利要求4所述的阻燃實木型材的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的無機阻燃劑為質(zhì)量濃度為7 25%的水溶性磷-氮-硼阻燃劑、聚磷酸銨阻燃劑、聚磷酸銨-硼酸鋅復合阻燃劑、磷酸胍阻燃劑或硼酸鋯阻燃劑。
6.根據(jù)權利要求1所述的阻燃實木型材的生產(chǎn)方法，其特征在于所述步驟C常壓浸漬阻燃處理，是在常壓下，溫度為20°C 100°C條件下，對炭化熱處理后的木材先浸漬到無機阻燃劑中2 72h，經(jīng)干燥后使木材含水率小于15%，再浸漬到低分子樹脂溶液中2 72h。
7.根據(jù)權利要求6所述的阻燃實木型材的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的低分子樹脂溶液為三聚氰胺、酚醛樹脂、異氰酸酯、酚醛樹脂改性的尿醛樹脂或異氰酸改性的尿醛樹脂。
8.根據(jù)權利要求7所述的阻燃實木型材的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的酚醛樹脂固含量為20 50%, PH為6. 5 7. 5，相對黏度為2. 5 4. 7。
9.根據(jù)權利要求1至8任一項權利要求所述的阻燃實木型材的生產(chǎn)方法制備的阻燃實木型材。
10.根據(jù)權利要求9所述的阻燃實木型材制備的阻燃實木地板，其特征在于將所述阻燃實木型材開榫開槽并涂裝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種經(jīng)木材熱處理和阻燃處理工藝改良的阻燃實木型材、阻燃實木地板及其生產(chǎn)方法，屬于木制品生產(chǎn)工藝技術。阻燃實木型材的生產(chǎn)方法，依次包括步驟A.干燥木材；B.炭化熱處理至175℃～205℃；C.常壓浸漬阻燃處理;D.干燥木材含水率為6.0～10.0%。該方法集合了炭化熱處理木材和阻燃木材的優(yōu)點，克服其各自的缺點，使處理得到的實木型材、實木地板尺寸穩(wěn)定性高，耐腐耐候性強，表層2～6mm處充滿阻燃劑，阻燃性能好，生產(chǎn)成本低。本發(fā)明還提供了所述阻燃實木型材的生產(chǎn)方法制備的實木型材及實木地板。
文檔編號B27K5/00GK102555005SQ20101059335
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權日2010年12月17日
發(fā)明者于學利, 勞奕旻, 杜超, 涂登云, 潘成鋒, 董昊, 鄭峰峰 申請人:浙江林碳木業(yè)科技有限公司, 涂登云