[發明專利]超高強度木材及其制備方法

有效

• 申請號: 202210287174.5
• 申請日: 2022-03-22
• 公開（公告）號: CN114633330B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 李改云;郭登康;傅峰;儲富祥;楊昇;耿奧博
• 申請（專利權）人: 中國林業科學研究院木材工業研究所
• 主分類號: B27K3/02
• 分類號: B27K3/02;B27K3/08;B27K3/50;B27K5/00;B27M1/02
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 鄒飛艷

本發明涉及木材改性技術領域，具體涉及一種超高強度木材及其制備方法；該方法包括以下步驟：(1)對軟化處理后的木材進行熱壓處理控制木材的壓縮比為10％?50％，再進行第一干燥；(2)將步驟(1)所得木材浸漬增強劑后，進行固化，再進行第二干燥得到超高強木材。本發明通過對木材進行熱壓處理，調控木材的壓縮比能夠控制木材的孔隙大小與密度分布以及木材的形狀，調控增強劑浸入量的分布，實現針對特定力學性能更加有效地提升，也可以使木材多種力學性能同步提升。不需要對木材進行組分脫除處理，避免了脫除組分過程中多余廢物和化學廢液的產生，保留了木材的固碳特性，更加綠色環保。

技術領域

本發明涉及木材改性技術領域，具體涉及一種超高強度木材及其制備方法。

背景技術

木材是一種可再生的天然材料，被廣泛用作建筑材料與家具材料。然而木材在高端建材的應用較少，主要因素就是木材的力學性能與合金鋼等金屬材料相比還是有較大的差距。

高力學強度的木質材料的制備已有報道，CN112077954A和CN108772922A公布的通過先對木材進行脫木素處理，后經過浸漬樹脂與壓縮過程，制備的木質材料抗彎強度可以超過300MPa，高于某些合金材料。然而，對于厚度較大的木材(2cm以上)，實現木素的高效均一處理仍具有較大的難度。此外，脫木素過程會產生木質素廢料以及大量的脫木素增強劑廢液，從而增加環境污染。

木材直接進行壓縮處理也可以一定程度提高其力學性能，但是壓縮木的強度遠比不上金屬材料。而CN 1333113A和CN 103659972 A所報道的方法，通過先對木材進行樹脂浸漬處理后進行壓縮處理，由于樹脂與壓縮處理的共同作用，木質材料的力學性能提升更加顯著。但樹脂浸入后再進行熱壓處理會帶來兩個問題。首先浸入木材的樹脂在壓縮過程中有一部分會被擠出，由于熱的作用，這部分樹脂很快會固化與揮發，而無法回收，會造成樹脂的浪費加大生成成本。其次由于樹脂在熱壓過程中的固化，木材的剛性會增加，使得木材的塑形難度增大，使得木材只能被整體無差別壓縮。

CN107263657 A和CN109366656 A報道，分層壓縮或不對稱壓縮對于木材特定力學性能提升的效果更好，但由于樹脂的提前引入，這些壓縮方式均無法實現。

發明內容

鑒于現有技術中，制備高強度木質材料還存在的問題，包括需要脫木素處理或部分樹脂無法回收造成浪費或木材的塑形難度大等問題，提供一種超高強度木材的制備方法，該方法能夠有效增強木材的力學性能，尤其針對特定力學性能實現更加有效地提升，該超高強度木材制備方法綠色環保。

為了實現上述目的，本發明第一方面提供一種超高強度木材的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)對軟化處理后的木材進行熱壓處理，控制木材的壓縮比為10％-50％，再進行第一干燥；

(2)將步驟(1)所得木材浸漬增強劑后，進行固化，再進行第二干燥得到超高強木材。

本發明第二方面提供一種本發明所述的制備方法制備的超高強度木材。

本發明先壓縮木材后進行增強劑處理制備高強度木質材料的新方法，該方法在熱壓處理過程中調整木材的壓縮比能夠調控木材的孔隙率，再將增強劑浸入壓縮木材中，原位聚合使增強劑形成高分子聚合物，進一步增強木材力學性能并固定木材的形狀。該方法制備的超高強木材力學性能顯著優于未處理木材與純壓縮木材，同時抗彎強度超過某些合金材料，比強度是鋼合金的8倍以上，且通過在壓縮木材內形成高分子聚合物，可以有效阻止水分的進入，顯著提高了木質材料的尺寸穩定性。

在本發明優選的實施方式中，浸漬時選擇細胞腔反應型增強劑(例如環氧類增強劑和/或乙烯類增強劑)，以保證增強劑在壓縮木中的順利滲透以及避免壓縮木在浸漬時的回彈。優選地，為了保證增強劑更好的滲透，可以選用低粘度的增強劑浸漬，也可以輔以有機溶劑降低處理體系粘度，為了避免壓縮木的回彈，增強劑要避免滲透入木材細胞壁中，且不能以水作為溶劑。