專利名稱：硅溶膠浸注預(yù)處理改善炭化木性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬木材加工領(lǐng)域，涉及一種木材熱改性炭化處理的方法，具體是一種硅溶膠浸注預(yù)處理改善炭化木性能的方法。
背景技術(shù)：
炭化木是一種性能比較優(yōu)良、顏色美觀且環(huán)境友好的木材產(chǎn)品(顧練百等，2008)，可廣泛應(yīng)用于裝修、地板、家具及園林景觀中，深受廣大消費(fèi)者的青睞。目前，國內(nèi)的木材炭化方法主要是采用過熱蒸汽或氮?dú)庾鳛閭鳠峤橘|(zhì)和保護(hù)氣體，避免木材在炭化過程中過度氧化降解或燃燒，如 CN1868704A、CN101069972A、CN101224593A、CN 101007412A。目前，采用現(xiàn)有公知技術(shù)處理得到的炭化木仍有如下不足:1)經(jīng)高溫炭化后的木材變脆，密度、力學(xué)強(qiáng)度下降，在生產(chǎn)或使用過程中可能斷裂；2)低于200°C處理得到的炭化木其尺寸穩(wěn)定性、耐腐性能、耐候性能并沒有顯著改善；3)木材炭化后的阻燃性能并沒有得到改善；4)木材炭化后比未炭化的木材更容易受白蟻蛀蝕。發(fā)明專利CN 101716790A公開了一種《樹脂預(yù)處理生產(chǎn)橡膠樹炭化木方法》，該方法通過真空加壓浸注樹脂，能降低橡膠樹炭化木力學(xué)強(qiáng)度損失，還使得其尺寸穩(wěn)定性及耐久性更加優(yōu)良。但是，經(jīng)樹脂浸注預(yù)處理生產(chǎn)的炭化木對阻燃性能并沒有改善；而且，某些樹脂(如脲醛樹脂)的熱穩(wěn)定性不好，在木材炭化過程中會(huì)發(fā)生熱分解；同時(shí)，樹脂在浸注處理過程中有游離甲醛釋放，危害人體健康并造成環(huán)境污染；此外，采用樹脂預(yù)處理技術(shù)，需降低木材的含水率(小于15%)，故在樹脂預(yù)處理前需要對木材進(jìn)行干燥，生產(chǎn)成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種硅溶膠浸注預(yù)處理改善炭化木性能的方法，采用硅溶膠·作為改性液對木材進(jìn)行浸注預(yù)處理，制備的炭化木質(zhì)量損失率減小，平衡含水率降低，尺寸穩(wěn)定性、密度、力學(xué)強(qiáng)度提高，耐腐、耐候性能改善，阻燃、防白蟻性能亦有一定程度改善。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案:一種硅溶膠浸注預(yù)處理改善炭化木性能的方法，其步驟如下:1、木材浸注預(yù)處理將木材置于處理罐中，抽真空至-0.08 -0.09MPa，保持10 40min，然后注入硅溶膠，待處理罐注滿后，加壓至0.8 2.0MPa，保持0.5 2.5h后卸壓，并將硅溶膠返回至儲(chǔ)液槽中，再次抽真空至-0.08 -0.09MPa，保持5 20min后解除真空，排出殘余的硅溶膠，取出木材。所述硅溶膠的pH值為6.5 8.0, SiO2含量為20 50%，密度為1.12 1.40g/cm3,粒徑范圍為8 IOOnm02、木材干燥將浸注處理過的木材堆垛并壓重，氣干I 10天后，置于周期式強(qiáng)制循環(huán)干燥窯中進(jìn)行常規(guī)窯干，干燥時(shí)間為3 18天，木材的含水率降至12 18%出窯。
3、木材炭化將干燥好的木材置于炭化設(shè)備中，先用50 70°C對其預(yù)熱，然后在14 25h內(nèi)逐步升溫至130°C并維持I 4h，升溫至130°C后開始持續(xù)噴入蒸汽作為保護(hù)氣體，接著在4 7h內(nèi)逐步升溫至170 200°C并根據(jù)板材厚度維持I 6h，然后噴入水或蒸汽使木材降溫至100 120°C，再自然降溫至50°C以下，最后取出木材。本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下幾方面:1、采用硅溶膠為浸注改性液，其粘度較低，膠團(tuán)為納米級，能很好地滲透進(jìn)入木材，且無臭無毒，安全環(huán)保，成本較低，易于獲得。2、硅溶膠具有較高的熱穩(wěn)定性，一般可耐1600°C左右的高溫，在木材炭化處理過程中不會(huì)發(fā)生熱分解，能有效地降低木材炭化后的質(zhì)量損失，提高炭化木的密度，且硅溶膠干燥固化后可形成堅(jiān)硬的凝膠結(jié)構(gòu)，具有較高的硬度和強(qiáng)度，從而提高炭化木的力學(xué)強(qiáng)度。3、硅溶膠干燥固化產(chǎn)生的SiO2與木材的骨架物質(zhì)發(fā)生作用，封閉了吸濕基團(tuán)，減小了木材與水分的結(jié)合的機(jī)會(huì)；同時(shí)，SiO2填充在細(xì)胞腔、細(xì)胞間隙以及細(xì)胞壁空隙中，阻礙了細(xì)胞壁潤脹；此外，硅溶膠本身具有疏水性，能阻止被包覆的細(xì)胞壁吸收水分，因此，制得的炭化木尺寸穩(wěn)定性顯著提高，平衡含水率顯著降低。4、硅溶膠凝膠后填充在木材內(nèi)部，提高了整個(gè)材料的比熱，同時(shí)，凝膠本身是一種很好的難燃材料，它堵塞了木材內(nèi)部的管道和孔隙，使得木材和空氣的接觸面積下降，從而在一定程度上改善了炭化木的阻燃性能。5、制得的炭化木吸濕性進(jìn)一步降低，供菌類生活所必需的水分進(jìn)一步減少，抑制了真菌的繁殖，且硅溶膠干燥固化產(chǎn)生的SiO2與木材的骨架物質(zhì)發(fā)生作用，封閉了毛細(xì)孔，阻止了木材基質(zhì)被菌類和蟲類識(shí)別，因而使炭化木的耐腐及防白蟻性能得到提高。
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6、本發(fā)明可直接對生材或氣干材進(jìn)行浸注預(yù)處理，無需進(jìn)行前干燥，降低了生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。實(shí)施例一I)硅溶膠的選取:選用的硅溶膠的規(guī)格:pH值為7.20，SiO2含量為35%，密度為1.20g/cm3，粒徑范圍為30 50nm。2)木材浸注預(yù)處理:采用真空加壓法，將2.5cm厚橡膠木置于處理罐中，抽真空至-0.09MPa,保持15min，然后注入硅溶膠，待處理罐注滿后，加壓至1.0MPa,保持Ih后卸壓，并將硅溶膠返回至儲(chǔ)液槽中，再次抽真空至-0.0SMPa,保持15min后解除真空，排出殘余的硅溶膠，取出木材；3)木材干燥:將浸注處理過的橡膠木堆垛并壓重，氣干5天后，置于周期式強(qiáng)制循環(huán)干燥窯中進(jìn)行常規(guī)窯干，干燥時(shí)間為7天，木材的含水率降至13%出窯；4)木材炭化:將干燥好的橡膠木置于炭化設(shè)備中，先用65°C對其預(yù)熱，然后在15h內(nèi)逐步升溫至130°C并維持2h，升溫至130°C后開始持續(xù)噴入蒸汽作為保護(hù)氣體，接著在6h內(nèi)逐步升溫至185°C并維持3h，然后噴入水使木材降溫至120°C，再自然降溫至40°C，最后取出木材。實(shí)施例二I)硅溶膠的選取:選用的硅溶膠的規(guī)格:pH值為6.80，SiO2含量為25%，密度為1.16g/cm3,粒徑范圍為10 25nm ；2)木材浸注預(yù)處理:采用真空加壓法，將3.5cm厚橡膠木置于處理罐中，抽真空至-0.08MPa,保持25min，然后注入硅溶膠，待處理罐注滿后，加壓至1.4MPa，保持1.5h后卸壓，并將硅溶膠返回至儲(chǔ)液槽中，再次抽真空至-0.09MPa,保持IOmin后解除真空，排出殘余的硅溶膠，取出木材；3)木材干燥:將浸注處理過的橡膠木堆垛并壓重，氣干7天后，置于周期式強(qiáng)制循環(huán)干燥窯中進(jìn)行常規(guī)窯干，干燥時(shí)間為9天，木材的含水率降至15%出窯；4)木材炭化:將干燥好的橡膠木置于炭化設(shè)備中，先用60°C對其預(yù)熱，然后在18h內(nèi)逐步升溫至130°C并維持3h，升溫至130°C后開始持續(xù)噴入蒸汽作為保護(hù)氣體，接著在5h內(nèi)逐步升溫至175°C并維持4h，然后噴入蒸汽使木材降溫至110°C，再令其自然降溫至45 °C,最后取出木材。實(shí)施例三I)硅溶膠的選取:選用的硅溶膠的規(guī)格:pH值為7.80，SiO2含量為45%，密度為
1.35g/cm3,粒徑范圍為55 85nm ；2)木材浸注預(yù)處理:采用真空加壓法，將5.5cm厚橡膠木置于處理罐中，抽真空至-0.85MPa，保持35min，然后注 入硅溶膠，待處理罐注滿后，加壓至1.8MPa，保持1.5h后卸壓，并將硅溶膠返回至儲(chǔ)液槽中，再次抽真空至-0.09MPa，保持5min后解除真空，排出殘余的硅溶膠，取出木材；3)木材干燥:將浸注處理過的橡膠木堆垛并壓重，氣干9天后，置于周期式強(qiáng)制循環(huán)干燥窯中進(jìn)行常規(guī)窯干，干燥時(shí)間為13天，木材的含水率降至17%出窯；4)木材炭化:將干燥好的橡膠木置于炭化設(shè)備中，先用55°C對其預(yù)熱，然后在22h內(nèi)逐步升溫至130°C并維持4h，升溫至130°C后開始持續(xù)噴入蒸汽作為保護(hù)氣體，接著在7h內(nèi)逐步升溫至195°C并維持2h，然后噴入水使木材降溫至100°C，再令其自然降溫至50°C，最后取出木材。對比試驗(yàn):對照一:常規(guī)炭化處理2.5cm厚橡膠木木材炭化:將含水率為13%的2.5cm厚橡膠木置于炭化設(shè)備中，先用65°C對其預(yù)熱，然后在15h內(nèi)逐步升溫至130°C并維持2h，升溫至130°C后開始持續(xù)噴入蒸汽作為保護(hù)氣體，接著在6h內(nèi)逐步升溫至185°C并維持3h，然后噴入水或蒸汽使木材降溫至120°C，再令其自然降溫至40°C，最后取出木材。對照二:樹脂浸注預(yù)處理后再炭化處理2.5cm厚橡膠木I)木材浸注前干燥:將橡膠木堆垛并壓重，氣干4天后，置于周期式強(qiáng)制循環(huán)干燥窯中進(jìn)行常規(guī)窯干，干燥時(shí)間為6天，木材的含水率降至15%以下出窯；2)樹脂的選取:選用脲醛樹脂:PH值為7.95，固體含量為30% ；3)木材浸注預(yù)處理:米用真空加壓法，將含水率低于15%的2.5cm厚橡膠木置于處理罐中，抽真空至-0.09MPa,保持15min，然后注入脲醛樹脂，待處理罐注滿后，加壓至
1.0MPa,保持0.5h后卸壓，并將脲醛樹脂返回至儲(chǔ)液槽中，再次抽真空至-0.09MPa,保持IOmin后解除真空，排出殘余的脲醛樹脂，取出木材；4)木材浸注后干燥:將浸注處理過的橡膠木堆垛并壓重，氣干5天后，置于周期式強(qiáng)制循環(huán)干燥窯中進(jìn)行常規(guī)窯干，干燥時(shí)間為7天，木材的含水率降至13%出窯；5)木材炭化:將干燥好的橡膠木置于炭化設(shè)備中，先用65°C對其預(yù)熱，然后在15h內(nèi)逐步升溫至130°C并維持2h，升溫至130°C后開始持續(xù)噴入蒸汽作為保護(hù)氣體，接著在6h內(nèi)逐步升溫至 185°C并維持3h，然后噴入水或蒸汽使木材降溫至120°C，再令其自然降溫至40 O,最后取出木材。分別檢測對照例一、對照二與實(shí)施例試材的部分性能指標(biāo):根據(jù)處理前后木材的絕干質(zhì)量計(jì)算得到質(zhì)量損失率，按照GB1933-1991《木材密度測定方法》測定氣干密度，按照GB 1931-91《木材含水率測定方法》測定平衡含水率，按照GB 1934-1991《木材濕脹性測定方法》測定徑向及弦向氣干濕漲率，按照GB1936.2-1991《木材抗彎彈性模量測定方法》測定抗彎彈性模量，按照GB 1936.1-1991《木材抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)方法》測定抗彎強(qiáng)度，采用氧指數(shù)測定儀測定阻燃性能。檢測結(jié)果如表1、表2所示。表I對照一與實(shí)施例部分性能指標(biāo)對比
權(quán)利要求
1.一種硅溶膠浸注預(yù)處理改善炭化木性能的方法，其特征在于，其步驟如下: 1)、木材浸注預(yù)處理 將木材置于處理罐中，抽真空至-0.08 -0.09MPa,保持10 40min，然后注入硅溶膠，待處理罐注滿后，加壓至0.8 2.0MPa，保持0.5 2.5h后卸壓，并將硅溶膠返回至儲(chǔ)液槽中，再次抽真空至-0.08 -0.09MPa,保持5 20min后解除真空，排出殘余的硅溶膠，取出木材；所述硅溶膠的pH值為6.5 8.0，SiO2含量為20 50%，密度為1.12 1.40g/cm3,粒徑范圍為8 IOOnm ； 2)、木材干燥 將浸注處理過的木材堆垛并壓重，氣干I 10天后，置于周期式強(qiáng)制循環(huán)干燥窯中進(jìn)行常規(guī)窯干，干燥時(shí)間為3 18天，木材的含水率降至12 18%出窯； 3)、木材炭化 將干燥好的木材置于炭化設(shè)備中，先用50 70°C對其預(yù)熱，然后在14 25h內(nèi)逐步升溫至130°C并維持I 4h，升溫至130°C后開始持續(xù)噴入蒸汽作為保護(hù)氣體，接著在4 7h內(nèi)逐步升溫至170 200°C并根據(jù)板材厚度維持I 6h，然后噴入水或蒸汽使木材降溫至100 120° C，再自然降溫至50°C以下，最后取出木材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅溶膠浸注預(yù)處理改善炭化木性能的方法，是將木材置于處理罐中，用硅溶膠浸住預(yù)處理，堆垛氣干再進(jìn)行常規(guī)窯干至含水率降至12～18%出窯；將干燥好的木材置于炭化設(shè)備中熱改性炭化處理，最后取出木材。本發(fā)明采用硅溶膠作為改性液對木材進(jìn)行浸注預(yù)處理，無需進(jìn)行前干燥，生產(chǎn)成本低，制備的炭化木質(zhì)量損失率減小，平衡含水率降低，尺寸穩(wěn)定性、密度、力學(xué)強(qiáng)度提高，耐腐、耐候性能改善，阻燃、防白蟻性能亦有一定程度改善，具有無臭無毒、安全環(huán)保等特點(diǎn)。
文檔編號B27K3/16GK103240780SQ20131020108
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月27日
發(fā)明者李民, 李家寧, 馬心, 李曉文, 林位夫, 謝貴水, 陳青, 秦韶山, 黃華孫 申請人:中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所