[發(fā)明專利]一種人工速生林木材多功能化處理的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611079998.4
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN106426451B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柴宇博;劉君良;呂文華;王小青;孫柏玲
• 申請（專利權(quán)）人: 中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所
• 主分類號: B27K3/08
• 分類號: B27K3/08;B27K3/50;B27K3/52;B27K5/00;B27K5/04
• 代理公司: 北京匯澤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11228
• 代理人: 閆立德

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種人工速生林木材多功能化處理的方法。

背景技術(shù)

近年來，我國木材資源的有效供給與不斷增長的社會(huì)需求之間的矛盾日趨突出。我國人工林面積0.69億公頃，居世界首位。國內(nèi)豐富的人工林木材資源，以人工林木材替代我國總量嚴(yán)重不足的天然林木材及進(jìn)口優(yōu)質(zhì)木材資源，是解決我國木材供應(yīng)問題，實(shí)現(xiàn)木材利用可持續(xù)化發(fā)展的有效措施。然而，由于人工林木材（如楊木、杉木、柳杉、樟子松等）大多具有材質(zhì)疏松、密度和強(qiáng)度低、尺寸不穩(wěn)定及易霉變腐朽等缺陷，無法滿足大量建筑、家具以及中高檔木制品的用材要求，應(yīng)用范圍受限，產(chǎn)品附加值低。

采用有機(jī)酸酐在一定溫度條件和催化作用下對木材進(jìn)行酯化處理，使大分子鏈?zhǔn)杷曰鶊F(tuán)置換木材細(xì)胞壁物質(zhì)中的小分子鏈親水性羥基，引起羥基減少和細(xì)胞壁增容效應(yīng)，是一種可有效降低木材吸濕性，提高其尺寸穩(wěn)定性和耐腐性的環(huán)保型化學(xué)改性方法。然而，木材酯化后其力學(xué)性能降低，且相對未處理材更易燃燒。

當(dāng)前，如何保留酯化木材尺寸穩(wěn)定性和耐腐性好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)一步提高其密度、力學(xué)強(qiáng)度及阻燃性能，是利于實(shí)現(xiàn)人工林木材的多功能化和高附加值利用，緩解我國木材供需矛盾、促進(jìn)我國森林資源的可持續(xù)發(fā)展，需迫切解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種人工速生林木材多功能化處理的方法，能在保留酯化木材尺寸穩(wěn)定性和耐腐性好的前提下，再對酯化木材再做改性處理，全面改觀和提高人工林木材的物理力學(xué)性能、阻燃性和耐腐性，實(shí)現(xiàn)人工林木材的多功能化和高附加值的利用，有利于緩解我國木材供需矛盾、促進(jìn)我國森林資源的可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)點(diǎn)。

為此，本發(fā)明的方法包括如下步驟：

(1)將含水率8%～30%的人工林速生木材置于耐高溫、耐高壓的密閉罐體中，通過抽真空，使罐體內(nèi)部負(fù)壓為0.08～0.095MPa，保持30～60min。

(2)將馬來酸酐與吡啶混合制備成酯化液，酯化液的質(zhì)量百分比為：馬來酸酐95%～99%，吡啶1%～5%，在真空作用下，使酯化液注入罐體并完全淹沒木材。

(3)解除罐體內(nèi)真空狀態(tài)，向罐體內(nèi)施加氣壓，使其內(nèi)部壓力維持在0.6～1.5MPa，浸漬處理木材1～4h，使木材被酯化液完全飽和。

(4)打開排氣閥，降低罐體壓力至0.2MPa，利用余壓將酯化液排出罐體，抽真空至罐體內(nèi)部達(dá)到0.095MPa的負(fù)壓狀態(tài)，開啟加熱裝置，使罐體內(nèi)部溫度控制在80℃～120℃，對木材進(jìn)行真空加熱處理2～8h。

(5)將罐體內(nèi)溫度降至35℃～40℃，得到酯化木材。

(6)將制備好的硅硼復(fù)合改性液，在罐體內(nèi)真空條件下注入罐體內(nèi)，并使硅硼復(fù)合改性液完全淹沒木材，解除真空，向罐體內(nèi)施加氣壓，使其內(nèi)部壓力維持在0.6～2.0MPa，浸漬處理木材1～8h。

(7)打開排氣閥，降低罐體內(nèi)壓力至0.2MPa，利用余壓將硅硼復(fù)合改性液排出罐體，進(jìn)行回收、循環(huán)利用。

(8)罐體內(nèi)降至常壓常溫，取出木材，自然存放7～10天，利用木材酯化后其內(nèi)部的酸性環(huán)境，使填充于木材細(xì)胞腔內(nèi)的硅溶膠與硼砂、硼酸鋅的硅硼復(fù)合改性液完成凝膠。

(9)當(dāng)木材含水率為45%～50%時(shí)，將木材放置到干燥設(shè)備內(nèi)，在50℃～100℃條件下干燥10～15天，得多功能化處理改性材。

所述的人工林速生木材為楊木、杉木、柳杉和樟子松。

所述的步驟(4)中，當(dāng)罐體內(nèi)的負(fù)壓因木材內(nèi)部酸酐的受熱蒸發(fā)而降至0.05MPa以下時(shí)，繼續(xù)抽真空，使罐體內(nèi)部負(fù)壓恢復(fù)至0.095MPa。通過持續(xù)加熱和吡啶的催化作用，使?jié)B透到木材內(nèi)部的馬來酸酐與木材細(xì)胞壁物質(zhì)發(fā)生充分的酯化反應(yīng)，同時(shí)利用間歇式真空加熱作用，使木材細(xì)胞腔內(nèi)未反應(yīng)的酯化液相繼從木材及罐體排出，并分離回收、循環(huán)利用。

所述的硅硼復(fù)合改性液的制備方法為：將質(zhì)量百分比濃度為30%、pH值為10～11的硅溶膠加熱到40℃～60℃，加入硼砂與硼酸鋅粉末，攪拌30～40min，降溫至30℃以下，再加入質(zhì)量百分比濃度為20%的氫氧化鈉溶液，調(diào)整pH值到12～13，得到硅硼復(fù)合改性液。

所述的硅硼復(fù)合改性液中硼砂加入量占硅溶膠總質(zhì)量的2～4%，硼酸鋅粉末加入量占硅溶膠總質(zhì)量的1～3%，氫氧化鈉溶液加入量占硅溶膠總質(zhì)量的5～8%。

所述的硅硼復(fù)合改性液中硼砂加入量占硅溶膠總質(zhì)量的3%，硼酸鋅粉末加入量占硅溶膠總質(zhì)量的2%，氫氧化鈉溶液加入量占硅溶膠總質(zhì)量的6%。