一種木材浸注炭化處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種木材浸注炭化處理方法，屬于木材科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 木材是天然環(huán)保材料，不僅具有吸收紫外線的功能，還具有控溫調(diào)濕的功效，更重 要的是其具有可再生、可加工的特性，因此，其被廣泛用于建材、家具等領(lǐng)域。然而，木材也 存在很多缺陷，如木材使用時會與周圍環(huán)境發(fā)生水分交換而產(chǎn)生干縮與濕漲，從而造成木 制品變形、開裂;木材又是許多菌類和昆蟲的食物，所以木制品易發(fā)霉、生蟲。為了解決木材 的這樣技術(shù)問題，人們采用物理和化學(xué)改性技術(shù)對其進行改性。常用的物理改性方法是木 材熱處理法(又稱炭化木法），而化學(xué)改性方法是木材浸漬法。通過這些改性技術(shù)，既能可減 少木材變形，又能改善其生物耐久性，同時還能一定程度的延長其使用壽命。
[0003] 炭化木是在不含任何化學(xué)劑條件下應(yīng)用高溫對木材進行炭化處理，使其組分中羥 基濃度減小，從而增加其的尺寸穩(wěn)定性；同時還改變了其的某些營養(yǎng)成分，從而具有較好的 防蟲功能。炭化木又可以分為表層炭化木和深度炭化木。表層炭化木，也稱為工藝炭化木、 炭燒木，主要是指用氧焊槍燒烤，使木材表面具有一層很薄的炭化層，對木材性能的改變可 以類比木材的油漆，但可以突顯表面凹凸的木紋，產(chǎn)生立體效果；深度炭化木，又稱為完全 炭化木、同質(zhì)炭化木，主要是指經(jīng)過200°C左右的高溫炭化技術(shù)處理木材深層，從而破壞其 營養(yǎng)成分和重組其吸水官能團半纖維素，進而實現(xiàn)防腐防蟲的功能和延長使用壽命的功 效。然而，炭化木也存在一些不足之處，如經(jīng)高溫炭化后的木材變脆，密度、力學(xué)強度下降， 在生產(chǎn)或使用過程中可能斷裂;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、阻燃性能并沒有顯著改善;防蟻防霉功能有所下降，木材炭化后比較容易受白蟻蛀 蝕。
[0004] 木材浸漬，是指木材在水溶性低分子量樹脂的溶液中浸漬時，樹脂擴散進入木材 細胞壁并使木材增容，經(jīng)干燥除去水分，樹脂由于加熱而固化，生成不溶于水的聚合物。浸 漬處理后的木材的尺寸穩(wěn)定性、力學(xué)強度性能均得到顯著改善。如發(fā)明專利CN 101716790 B公開了一種《樹脂預(yù)處理生產(chǎn)橡膠樹炭化木方法》，該方法是通過真空加壓浸注樹脂，能增 加橡膠樹炭化木的強度，還使得其尺寸穩(wěn)定性及耐久性更加優(yōu)良。但是，其的阻燃性能并沒 有改善。為了改善炭化木的阻燃性能，人們進行多方面的研究，如發(fā)明專利CN 103240780 A 公開了一種《硅溶膠浸注預(yù)處理改善炭化木性能的方法》，該方法是通過用硅溶膠浸注預(yù)處 理制備炭化木，雖然炭化木的阻燃性能、防白蟻性能有了一定程度的改善，但是效果不理 想，從而限制了炭化木的使用范圍。再者，其防水性能也一般，難以適用于長期與水接觸的 工作環(huán)境。因此，開發(fā)一種阻燃性能、防白蟻性能、防水性能良好的炭化木是非常重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中木材浸漬改善阻燃性能、防白蟻性能不理想及防水性能差的 技術(shù)問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出了一種阻燃性能、防白蟻性能、防水性能良好 的木材浸注炭化處理方法。
[0006] 本發(fā)明為解決上述問題所采取的技術(shù)方案為：
[0007] 一種木材浸注炭化處理方法，其步驟如下：
[0008] 1、木材浸注預(yù)處理
[0009] 將木材置于真空處理罐中，首先對真空處理罐進行0.3~0.7h抽真空;然后注入浸 注改性液，待處理罐注滿后，施加1.2~1.6Mpa，保壓時間為2.1~2.5h的壓強;最后對真空 處理罐進行1.1~1.5h抽真空，排出木材殘留的浸注改性液，取出木材。
[0010]優(yōu)選的，將木材置于真空處理罐中，首先對真空處理罐進行〇. 5h抽真空;然后注入 浸注改性液，待處理罐注滿后，施加1.4Mpa，保壓時間為2.3h的壓強；最后對真空處理罐進 行1.3h抽真空，排出木材殘留的浸注改性液，取出木材。
[0011] 所述的浸注改性液是由硅酸鈉溶液、納米二氧化硅粉體、納米二氧化鈦粉體、硼酸 鋅溶液和木質(zhì)素磺酸鈉組成的混合溶液。其中，它們的重量份比為:硅酸鈉溶液:納米二氧 化娃粉體:納米二氧化鈦粉體:硼酸鋅溶液:木質(zhì)素磺酸鈉=3~6:0.4~0.6:0.3~0.8:1~ 4:0.1~0.3〇
[0012] 優(yōu)選的，所述的浸注改性液重量份比為:硅酸鈉溶液:納米二氧化硅粉體:納米二 氧化鈦粉體:硼酸鋅溶液:木質(zhì)素磺酸鈉= 5:0.5:0.6:3:0.2。
[0013] 所述的硅酸鈉模數(shù)為1.2~1.6;所述的納米二氧化硅粉體、納米二氧化鈦粉體的 粒徑范圍為1~l〇〇nm。
[0014] 優(yōu)選的，所述的硅酸鈉模數(shù)為1.4;所述的納米二氧化硅粉體、納米二氧化鈦粉體 的粒徑范圍為10~80nm。
[0015] 2、木材高溫處理
[0016] a)準備階段:將浸注預(yù)處理好的木材，按井字法堆垛放入炭化設(shè)備中的炭化室內(nèi)， 并關(guān)閉炭化室的大門；
[0017] b)預(yù)熱階段:將炭化室內(nèi)溫度以18~28h內(nèi)升到50~65°C對其進行干燥和預(yù)熱，使 木材的含水率小于12%;
[0018] c)升溫、保溫階段:先將炭化室內(nèi)溫度以10~16°C/h的速度升溫到90~100°C，并 保溫1.2~1.8h;然后以3~6°C/h的速度升溫到110~125°C，并保溫2.2~2.6h，使木材內(nèi)部 的含水率為0;最后13~16°C/h的速度升溫到200~215°C，并保溫2~5h，在此升溫階段采用 間歇式噴蒸汽法噴入蒸汽作為保護氣體；
[0019] d)降溫階段:采用間歇式噴蒸汽法降溫，先將炭化室內(nèi)溫度以7~ll°C/h的速度降 溫至Ijlio~125°C，并保溫1.3~1.5h;然后以3~6°C/h的速度降溫到90~100°C，并保溫0.7 ~0.9h，同時使用相同溫度的水蒸氣對木材進行調(diào)濕回潮處理，處理7~9h，將木材的含水 率回調(diào)到4~7% ;最后，自然降溫至室溫，取出木材。
[0020] 3、木材表面處理
[0021] a)準備階段:將高溫處理好的木材進行表面清潔和干燥；
[0022] b)處理階段:通過涂刷經(jīng)硫酸鋁中和后稀甲基硅酸鈉溶液對木材進行表面處理， 并重復(fù)涂刷至一定厚度(木材端頭稍微涂刷厚點），且養(yǎng)護3天或以上即可。
[0023] 本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下幾方面：
[0024] 1、采用硅酸鈉溶液、納米二氧化硅粉體、納米二氧化鈦粉體、硼酸鋅溶液和木質(zhì)素 磺酸鈉組成的混合溶液作為浸注改性液，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其不但具有納米二氧化硅的特 性，而且兼具有:硅酸鈉高溫可以形成硅凝膠固體、二氧化硅的特點，可以有效地提高木材 的力學(xué)強度、防水性能和阻燃性能;納米二氧化鈦可以提高木材的密度、耐候性和抗沾污能 力，同時還可以借助其的光催化反應(yīng)，使其具有超強的殺菌性能;硼酸鋅不僅熱穩(wěn)定性好， 而且分散性好，這樣可以有效地提高浸注改性液的滲透深度，從而提高木材的防蟲防白蟻 性能和阻燃性能，進而滿足木材的實際應(yīng)用要求;木質(zhì)素磺酸鈉作為表面活性劑，可以減小 木材中毛細管的張力，降低使用壓力，增大流量率，提高木材的滲透性，使浸注改性液有效 成分可以更多的滲透到木材內(nèi)部中，從而提高木材的各種性能。
[0025] 2、采用階梯式的連續(xù)升降溫方法，可以有效地防止木材處理過程中產(chǎn)出開裂、變 形等缺陷，同時還可以消除木材內(nèi)部形成的應(yīng)力，從而獲得更好質(zhì)量的木材。
[0026] 3、本發(fā)明采用干燥和炭化一次完成，與現(xiàn)有技術(shù)相比，減少處理時間，提高生產(chǎn)效 率。
[0027] 4、用經(jīng)硫酸鋁中和后稀甲基硅酸鈉溶液對木材進行表面處理，可以提高木材的疏 水性能、防腐性能和力學(xué)強度，從而拓寬了木材的應(yīng)用范圍。
【具體實施方式】 [0028] 實施例1
[0029] 一種木材浸注炭化處理方法，其步驟如下：
[0030] 1、選取:硅酸鈉模數(shù)為1.4;納米二氧化硅粉體、納米二氧化鈦粉體的粒徑范圍為 10~80nm。
[0031] 2、木材浸注預(yù)處理
[0032] 將規(guī)格為1200mmX130mmX30mm(長X寬X厚）的木材置于真空處理罐中，首先對 真空處理罐進行0.5h抽真空；然后注入硅酸鈉溶液：納米二氧化硅粉體：納米二氧化鈦粉 體:硼酸鋅溶液:木質(zhì)素磺酸鈉=5 :0.5 :0.6: 3 :0.2的浸注改性液，待處理罐注滿后，施加 1.4Mpa，保壓時間為2.3h的壓強;最后對真空處理罐進行1.3h抽真空，排出木材殘留的浸注 改性液，取出木材。
[0033] 3、木材高溫處理
[0034] a)準備階段:將浸注預(yù)處理好的木材，按井字法堆垛放入炭化設(shè)備中的炭化室內(nèi)， 并關(guān)閉炭化室的大門；
[0035] b)預(yù)熱階段:將炭化室內(nèi)溫度以23h內(nèi)升到58°C對其進行干燥和