本發(fā)明涉及木材加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于桉樹木材的改性方法。
背景技術(shù)：
桉樹原產(chǎn)于澳大利亞，自1770年被發(fā)現(xiàn)并命名至今全世界有940多種。我國從1890年開始引種桉樹，至今已有126年的歷史，種植量居世界第3位，僅次于巴西和印度。桉樹儼然已成為我國三大造林樹種之一。當(dāng)前，桉樹廣泛分布于我國南方大部分地區(qū)，特別是廣西，由于桉樹是我國最重要的人工速生豐產(chǎn)林樹種之一，在我國的“林紙一體化”工程中發(fā)揮著重要的作用。然而由于桉樹快速生長的特性，導(dǎo)致其木材存在干燥過程中極易發(fā)生開裂、變形等缺陷，造成木材產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性差，不僅嚴(yán)重破壞了木材的力學(xué)強(qiáng)度，而且顯著降低了木材的利用率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
鑒于上述內(nèi)容，有必要提供一種適用于桉樹木材的改性方法，能提供一種不易開裂、變形、穩(wěn)定性良好的桉樹木材。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
一種適用于桉樹木材的改性方法，所述方法包括如下步驟：
(1)在室溫下將桉樹氣生材浸泡在氫離子濃度為0.1mol/L-0.5mol/L的弱酸溶液中，浸泡到含水率為80％-90％時(shí)得到浸泡木材；
(2)將步驟(1)的浸泡木材取出后放入皂角素溶液中進(jìn)行浸泡，浸泡30-40min后，按照皂角素溶液與處理液的體積比為20-30:1的比例向皂角素溶液中添加處理液，得到混合液，調(diào)節(jié)混合液的pH值為2-4，當(dāng)在混合液中的浸泡木材含水率達(dá)到110％-120％時(shí)取出木材，用塑料薄膜將木材密封裹緊，放在100℃-120℃的蒸汽中進(jìn)行熏蒸，熏蒸時(shí)間為30min-40min；
(3)將步驟(2)熏蒸過后的木材放在常溫下自然蒸發(fā)水分，每隔10h-12h揭開一次塑料薄膜，測(cè)試木材的含水率，當(dāng)木材含水率為90％-100％時(shí)將木材進(jìn)行微波處理，微波處理到木材含水率小于10％時(shí)完成微波處理；
(4)將步驟(3)微波處理后的木材放在漂白溶液中進(jìn)行浸泡漂白，漂白溫度為40℃-50℃，漂白時(shí)間為2h-3h，漂白后在常溫下進(jìn)行攤晾，攤晾時(shí)間為6h-8h，將攤晾后的木材在70℃-90℃下干燥3h-7h后冷卻至室溫，得到改性木材。
進(jìn)一步的，所述弱酸溶液的酸為草酸、醋酸、檸檬酸、碳酸、次氯酸和磷酸中的至少一種。
進(jìn)一步的，所述皂角素溶液的質(zhì)量濃度為2％-5％。
進(jìn)一步的，所述處理液由以下質(zhì)量濃度的成分組成：1％-3％的硅酸鈉、0.1％-0.5％乙二醇和1％-3％的乙醇。
進(jìn)一步的，所述微波處理過程微波的功率為10kw-30kw。
進(jìn)一步的，所述漂白溶液由以下質(zhì)量濃度的成分組成：2％-5％的次氯酸鈉、2％-5％的氫氧化鈉、10％-15％的草酸和2％-5％的硫代硫酸鈉。
本發(fā)明具有如下有益效果：
1、本發(fā)明主要利用硅酸鈉、乙醇在聚乙二醇為催化劑的作用下進(jìn)行水解、縮聚反應(yīng)，聚集成納米級(jí)的粒子并形成溶膠體系，溶膠經(jīng)陳化、緩慢聚合成H維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動(dòng)性的溶劑在木材細(xì)胞壁內(nèi)形成珪凝膠提高木材的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、抗伸縮率，本發(fā)明在木材進(jìn)行處理液浸泡處理前先利用弱酸溶液對(duì)桉樹木材進(jìn)行處理，充分軟化桉樹纖維，破壞木材細(xì)胞壁，同時(shí)，還用皂角素溶液對(duì)桉樹木材進(jìn)行浸泡處理，提高木材的浸潤能力，提高木材的孔隙率，為處理液進(jìn)入充分進(jìn)入木材空隙中形成溶膠體系做準(zhǔn)備，提高處理液的凝膠體系的填充作用。本發(fā)明在處理液浸泡后，還將木材進(jìn)行熏蒸，進(jìn)一步提高凝膠體系的填充作用，是凝膠體系在木材分子內(nèi)形成規(guī)則排布，進(jìn)一步提高木材的抗縮、抗變形能力，熏蒸后，本發(fā)明用微波對(duì)木材進(jìn)行干燥處理，微波能夠迅速使木材內(nèi)部的水汽化,在木材內(nèi)部產(chǎn)生較大的蒸汽壓,沖破木材細(xì)胞壁薄弱組織,形成細(xì)微裂隙,疏通水汽傳導(dǎo)的途徑，進(jìn)一步使得凝膠分子能形成規(guī)則排布，提高木材的穩(wěn)定性。
【具體實(shí)施方式】
本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要)中公開的任一特征，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
實(shí)施例1：
本實(shí)施例通過如下方法進(jìn)行桉樹木材的改進(jìn)：
(1)在室溫下將桉樹氣生材浸泡在氫離子濃度為0.1mol/L的弱酸溶液中(其中，弱酸溶液中的酸為草酸)，浸泡到含水率為80％時(shí)得到浸泡木材；
(2)將步驟(1)的浸泡木材取出后放入質(zhì)量濃度為2％的皂角素溶液中進(jìn)行浸泡，浸泡30min后，按照皂角素溶液與處理液的體積比為20:1的比例向皂角素溶液中添加由質(zhì)量濃度為1％的硅酸鈉、0.1％乙二醇和1％的乙醇組成的處理液得到混合液，調(diào)節(jié)混合液的pH值為2，當(dāng)在混合液中的浸泡木材含水率達(dá)到110％時(shí)取出木材，用塑料薄膜將木材密封裹緊，放在100℃的蒸汽中進(jìn)行熏蒸，熏蒸時(shí)間為30min；
(3)將步驟(2)熏蒸過后的木材放在常溫下自然蒸發(fā)水分，每隔10h揭開一次塑料薄膜，測(cè)試木材的含水率，當(dāng)木材含水率為90％時(shí)將木材進(jìn)行微波處理，其中，微波的功率為10kw，當(dāng)微波處理到木材含水率小于10％時(shí)完成微波處理；
(4)將步驟(3)微波處理后的木材放在由質(zhì)量濃度為2％的次氯酸鈉、2％的氫氧化鈉、10％的草酸和2％的硫代硫酸鈉組成的漂白溶液中進(jìn)行浸泡漂白，漂白溫度為40℃，漂白時(shí)間為2h，漂白后在常溫下進(jìn)行攤晾，攤晾時(shí)間為6h，將攤晾后的木材在70℃下干燥3h后冷卻至室溫，得到改性木材。
實(shí)施例2：
本實(shí)施例通過如下方法進(jìn)行桉樹木材的改進(jìn)：
(1)在室溫下將桉樹氣生材浸泡在氫離子濃度為0.5mol/L的弱酸溶液中(其中，弱酸溶液的酸為草酸和醋酸)，浸泡到含水率為90％時(shí)得到浸泡木材；
(2)將步驟(1)的浸泡木材取出后放入質(zhì)量濃度為5％的皂角素溶液中進(jìn)行浸泡，浸泡40min后，按照皂角素溶液與處理液的體積比為30:1的比例向皂角素溶液中添加由質(zhì)量濃度為3％的硅酸鈉、0.5％乙二醇和3％的乙醇組成的處理液得到混合液，調(diào)節(jié)混合液的pH值為4，當(dāng)在混合液中的浸泡木材含水率達(dá)到120％時(shí)取出木材，用塑料薄膜將木材密封裹緊，放在120℃的蒸汽中進(jìn)行熏蒸，熏蒸時(shí)間為40min；
(3)將步驟(2)熏蒸過后的木材放在常溫下自然蒸發(fā)水分，每隔12h揭開一次塑料薄膜，測(cè)試木材的含水率，當(dāng)木材含水率為100％時(shí)將木材進(jìn)行微波處理，其中，微波的功率為30kw，當(dāng)微波處理到木材含水率小于10％時(shí)完成微波處理；
(4)將步驟(3)微波處理后的木材放在由質(zhì)量濃度為5％的次氯酸鈉、5％的氫氧化鈉、15％的草酸和5％的硫代硫酸鈉組成的漂白溶液中進(jìn)行浸泡漂白，漂白溫度為50℃，漂白時(shí)間為3h，漂白后在常溫下進(jìn)行攤晾，攤晾時(shí)間為8h，將攤晾后的木材在90℃下干燥7h后冷卻至室溫，得到改性木材。
實(shí)施例3：
本實(shí)施例通過如下方法進(jìn)行桉樹木材的改進(jìn)：
(1)在室溫下將桉樹氣生材浸泡在氫離子濃度為0.4mol/L的弱酸溶液中(其中，弱酸溶液的酸為草酸、醋酸和檸檬酸)，浸泡到含水率為82％時(shí)得到浸泡木材；
(2)將步驟(1)的浸泡木材取出后放入質(zhì)量濃度為3％的皂角素溶液中進(jìn)行浸泡，浸泡35min后，按照皂角素溶液與處理液的體積比為22:1的比例向皂角素溶液中添加由質(zhì)量濃度為2％的硅酸鈉、0.3％乙二醇和2％的乙醇組成的處理液得到混合液，調(diào)節(jié)混合液的pH值為3，當(dāng)在混合液中的浸泡木材含水率達(dá)到114％時(shí)取出木材，用塑料薄膜將木材密封裹緊，放在106℃的蒸汽中進(jìn)行熏蒸，熏蒸時(shí)間為36min；
(3)將步驟(2)熏蒸過后的木材放在常溫下自然蒸發(fā)水分，每隔11h揭開一次塑料薄膜，測(cè)試木材的含水率，當(dāng)木材含水率為94％時(shí)將木材進(jìn)行微波處理，其中，微波的功率為15kw，當(dāng)微波處理到木材含水率小于10％時(shí)完成微波處理；
(4)將步驟(3)微波處理后的木材放在由質(zhì)量濃度為4％的次氯酸鈉、4％的氫氧化鈉、13％的草酸和4％的硫代硫酸鈉組成的漂白溶液中進(jìn)行浸泡漂白，漂白溫度為46℃，漂白時(shí)間為2.5h，漂白后在常溫下進(jìn)行攤晾，攤晾時(shí)間為7h，將攤晾后的木材在80℃下干燥5h后冷卻至室溫，得到改性木材。
實(shí)施例4：
本實(shí)施例通過如下方法進(jìn)行桉樹木材的改進(jìn)：
(1)在室溫下將桉樹氣生材浸泡在氫離子濃度為0.3mol/L的弱酸溶液中(其中，弱酸溶液的酸為草酸、醋酸、檸檬酸和碳酸)，浸泡到含水率為86％時(shí)得到浸泡木材；
(2)將步驟(1)的浸泡木材取出后放入質(zhì)量濃度為3％的皂角素溶液中進(jìn)行浸泡，浸泡36min后，按照皂角素溶液與處理液的體積比為27:1的比例向皂角素溶液中添加由質(zhì)量濃度為2％的硅酸鈉、0.4％乙二醇和2％的乙醇組成的處理液得到混合液，調(diào)節(jié)混合液的pH值為3，當(dāng)在混合液中的浸泡木材含水率達(dá)到117％時(shí)取出木材，用塑料薄膜將木材密封裹緊，放在109℃的蒸汽中進(jìn)行熏蒸，熏蒸時(shí)間為36min；
(3)將步驟(2)熏蒸過后的木材放在常溫下自然蒸發(fā)水分，每隔11h揭開一次塑料薄膜，測(cè)試木材的含水率，當(dāng)木材含水率為96％時(shí)將木材進(jìn)行微波處理，其中，微波的功率為20kw，當(dāng)微波處理到木材含水率小于10％時(shí)完成微波處理；
(4)將步驟(3)微波處理后的木材放在由質(zhì)量濃度為3％的次氯酸鈉、3％的氫氧化鈉、12％的草酸和3％的硫代硫酸鈉組成的漂白溶液中進(jìn)行浸泡漂白，漂白溫度為46℃，漂白時(shí)間為2.5h，漂白后在常溫下進(jìn)行攤晾，攤晾時(shí)間為7.5h，將攤晾后的木材在74℃下干燥6h后冷卻至室溫，得到改性木材。
實(shí)施例5：
本實(shí)施例通過如下方法進(jìn)行桉樹木材的改進(jìn)：
(1)在室溫下將桉樹氣生材浸泡在氫離子濃度為0.3mol/L的弱酸溶液中(其中，弱酸溶液的酸為草酸、醋酸、檸檬酸、碳酸和次氯酸)，浸泡到含水率為85％時(shí)得到浸泡木材；
(2)將步驟(1)的浸泡木材取出后放入質(zhì)量濃度為4％的皂角素溶液中進(jìn)行浸泡，浸泡36min后，按照皂角素溶液與處理液的體積比為27:1的比例向皂角素溶液中添加由質(zhì)量濃度為2％的硅酸鈉、0.4％乙二醇和3％的乙醇組成的處理液得到混合液，調(diào)節(jié)混合液的pH值為4，當(dāng)在混合液中的浸泡木材含水率達(dá)到117％時(shí)取出木材，用塑料薄膜將木材密封裹緊，放在115℃的蒸汽中進(jìn)行熏蒸，熏蒸時(shí)間為36min；
(3)將步驟(2)熏蒸過后的木材放在常溫下自然蒸發(fā)水分，每隔11h揭開一次塑料薄膜，測(cè)試木材的含水率，當(dāng)木材含水率為97％時(shí)將木材進(jìn)行微波處理，其中，微波的功率為18kw，當(dāng)微波處理到木材含水率小于10％時(shí)完成微波處理；
(4)將步驟(3)微波處理后的木材放在由質(zhì)量濃度為4％的次氯酸鈉、5％的氫氧化鈉、10％的草酸和5％的硫代硫酸鈉組成的漂白溶液中進(jìn)行浸泡漂白，漂白溫度為48℃，漂白時(shí)間為3h，漂白后在常溫下進(jìn)行攤晾，攤晾時(shí)間為8h，將攤晾后的木材在86℃下干燥5h后冷卻至室溫，得到改性木材。
實(shí)施例6：
本實(shí)施例通過如下方法進(jìn)行桉樹木材的改進(jìn)：
(1)在室溫下將桉樹氣生材浸泡在氫離子濃度為0.5mol/L的弱酸溶液中(其中，弱酸溶液的酸為草酸、醋酸、檸檬酸、碳酸、次氯酸和磷酸)，浸泡到含水率為83％時(shí)得到浸泡木材；
(2)將步驟(1)的浸泡木材取出后放入質(zhì)量濃度為4％的皂角素溶液中進(jìn)行浸泡，浸泡30min后，按照皂角素溶液與處理液的體積比為26:1的比例向皂角素溶液中添加由質(zhì)量濃度為1％的硅酸鈉、0.5％乙二醇和2％的乙醇組成的處理液得到混合液，調(diào)節(jié)混合液的pH值為3，當(dāng)在混合液中的浸泡木材含水率達(dá)到117％時(shí)取出木材，用塑料薄膜將木材密封裹緊，放在106℃的蒸汽中進(jìn)行熏蒸，熏蒸時(shí)間為37min；
(3)將步驟(2)熏蒸過后的木材放在常溫下自然蒸發(fā)水分，每隔12h揭開一次塑料薄膜，測(cè)試木材的含水率，當(dāng)木材含水率為92％時(shí)將木材進(jìn)行微波處理，其中，微波的功率為26kw，當(dāng)微波處理到木材含水率小于10％時(shí)完成微波處理；
(4)將步驟(3)微波處理后的木材放在由質(zhì)量濃度為4％的次氯酸鈉、4％的氫氧化鈉、15％的草酸和5％的硫代硫酸鈉組成的漂白溶液中進(jìn)行浸泡漂白，漂白溫度為46℃，漂白時(shí)間為2.5h，漂白后在常溫下進(jìn)行攤晾，攤晾時(shí)間為6.5h，將攤晾后的木材在81℃下干燥5h后冷卻至室溫，得到改性木材。
對(duì)照組1：
除不用皂角素溶液進(jìn)行浸泡處理外，其它步驟均按照實(shí)施例1進(jìn)行。
對(duì)照組2：
除不用弱酸溶液進(jìn)行預(yù)處理外，其它步驟均按照實(shí)施例1進(jìn)行。
對(duì)照組3：
除不用微波進(jìn)行微波處理外，其它步驟均按照實(shí)施例1進(jìn)行。
對(duì)照組4：
將桉樹氣生材直接進(jìn)行漂白、干燥處理，干燥溫度為70℃，干燥時(shí)間為3h。
對(duì)照組5：
未經(jīng)過任何處理的桉樹氣生材。
驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)1：
(1)將實(shí)施例1-6和對(duì)照組1-4的木材分別加工成20mm(L)×20mm(T)×20mm(R)的試件與對(duì)照組5加工成的20mm(L)×20mm(T)×20mm(R)試件分別進(jìn)行稱重、測(cè)量弦向、徑向測(cè)量并計(jì)算增重率(WPG)和抗縮率(ASE)等指標(biāo)；
(2)測(cè)量實(shí)施例1-6和對(duì)照組1-5的試塊的拱高、內(nèi)曲面長等參數(shù)，計(jì)算翹曲度(WP)和扭曲度(TW)等指標(biāo)；
(3)根據(jù)《100℃干燥試驗(yàn)中干燥缺陷及干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)內(nèi)裂的規(guī)定，觀察實(shí)施例1-6和對(duì)照組1-4內(nèi)裂的情況，具體分析情況見表1：
①其中，增重率(WPG)的計(jì)算公式為：
式中：G1為對(duì)照組5的絕干質(zhì)量，g；
G2為實(shí)施例1-6和對(duì)照組1-4的絕干質(zhì)量，g。
②抗縮率(ASE)的計(jì)算公式為：
式中：S1為對(duì)照組5的干縮率，％；
S2為實(shí)施例1-6和對(duì)照組1-4的干縮率，％。
③翹曲度(WP)的計(jì)算公式為：
式中：h為對(duì)最大彎曲拱高，cm；
L為內(nèi)曲面水平長(寬)度，cm。
④扭曲度(TW)的計(jì)算公式為：
式中：h為對(duì)最大偏離高度，cm；
L為檢尺長，cm。
表1木材試塊檢測(cè)情況表
由上表數(shù)據(jù)可知，實(shí)施例1-6的增重率明顯高于對(duì)照組1-4，其中對(duì)照組4與對(duì)照組5的重量沒有區(qū)別，說明，使用本發(fā)明的處理劑可以使處理劑在木材內(nèi)產(chǎn)生凝膠，大大增加木材的重量；實(shí)施例1-6的抗縮率比對(duì)照組1-4大，表明使用本發(fā)明的處理方法處理桉樹木材之后干縮率小，尺寸比對(duì)照組1-4穩(wěn)定，同時(shí)，實(shí)施例1-6比對(duì)照組1-5的翹曲度和扭曲度小，說明使用本發(fā)明的方法處理桉樹木材，木材不易變形，實(shí)施例1-6沒有出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象，而對(duì)照組1-5或多或少出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象，說明，使用本發(fā)明的方法處理桉樹木材，木材不易開裂。
綜上所述，使用本發(fā)明的處理方法處理桉樹木材，對(duì)木材有明顯的改善作用，能使桉樹木材達(dá)到不易開裂、變形、尺寸穩(wěn)定性良好，強(qiáng)度高的技術(shù)效果，能大大增加木材的力學(xué)強(qiáng)度，提高木材的利用率。
以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。