速生木材通過多效復(fù)合改性處理制備強(qiáng)化實(shí)木板材的方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種利用速生木材通過多效復(fù)合改性處理制備強(qiáng)化實(shí)木板材的方法，包括步驟：1）木材準(zhǔn)備；2）改性液調(diào)制；3）木材真空加壓浸漬處理：4）浸漬木材的干燥固化處理；5）經(jīng)步驟4）干燥固化后的木材，經(jīng)尺寸和表面精加工后即制成多效復(fù)合改性強(qiáng)化實(shí)木板材。優(yōu)點(diǎn)：采用環(huán)保型的防開裂充脹劑與改性抗皺縮預(yù)聚體相結(jié)合，一方面實(shí)現(xiàn)改性液對(duì)大尺寸木材全厚度的快速均勻滲透，另一方面實(shí)現(xiàn)板材的快速干燥，處理?xiàng)钅景宀挠捕群蛷?qiáng)度可與樺木、橡木等優(yōu)質(zhì)木材相當(dāng)，干燥過程不開裂并能填補(bǔ)板材原有微細(xì)缺陷，板材保持原有色澤，防水性、尺寸穩(wěn)定性、防腐性能均能達(dá)到戶外級(jí)水平。板材可直接用于高檔實(shí)木地板、家具、門窗、木結(jié)構(gòu)件的制造。
【專利說明】速生木材通過多效復(fù)合改性處理制備強(qiáng)化實(shí)木板材的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種利用速生木材通過多效復(fù)合改性處理制備強(qiáng)化實(shí)木板材的方法。屬于木材科學(xué)、木材加工及人造板【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)實(shí)施天然林保護(hù)工程以來，木材供應(yīng)緊張局勢(shì)日趨嚴(yán)重，優(yōu)質(zhì)大徑級(jí)木材主要依賴進(jìn)口。同時(shí)我國(guó)人工林木材如楊木、杉木、松木、泡桐、桉木等發(fā)展迅速，但由于這些木材普遍具有材質(zhì)松軟、強(qiáng)度低、易變性、易腐朽、易變色等各種天然缺陷，使得這些木材及其制品作為戶外材不能用于強(qiáng)度和耐老化等性能要求較高的領(lǐng)域，作為室內(nèi)材不能直接用于高檔地板、家具和木制品的制作。因此速生木材的硬化、強(qiáng)化、尺寸穩(wěn)定化等材性改良技術(shù)受到科技、產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。
[0003]傳統(tǒng)的松軟木材的硬化、強(qiáng)化和尺寸穩(wěn)定化技術(shù)主要包括高溫濕熱處理、壓縮密實(shí)化、酚醛、脲醛或密胺樹脂浸潰處理、高溫炭化處理等。濕熱處理和炭化處理均能夠改善木材的尺寸穩(wěn)定性，但木材強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能無顯著改善；壓縮密實(shí)化可以顯著提高木材力學(xué)性能指標(biāo)，但產(chǎn)品使用過程中厚度尺寸穩(wěn)定性較差；傳統(tǒng)樹脂浸潰對(duì)改善木材硬度、強(qiáng)度和耐水性均有顯著效果，但對(duì)厚度較大的實(shí)木板材，樹脂浸潰難度大、浸潰不均勻、浸潰后干燥過程容易引起板材表面開裂或窩裂，降低產(chǎn)品優(yōu)等率，而且產(chǎn)品甲醛釋放量較高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提出的是一種利用速生木材通過多效復(fù)合改性處理制備強(qiáng)化實(shí)木板材的方法，其目的旨在克服松軟木材傳統(tǒng)改性技術(shù)的諸多缺陷，通過多效復(fù)合改性方法，在提高木材強(qiáng)度、硬度，改善木材尺寸穩(wěn)定性的同時(shí)，賦予木材優(yōu)良的阻燃、防腐、防蟲等性能，使改性木材可以直接用于高檔地板、家具、門窗、及戶外木結(jié)構(gòu)件的制作，提高速生木材的利用價(jià)值，節(jié)省熱帶優(yōu)質(zhì)硬木消耗。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:利用速生木材通過多效復(fù)合改性處理制備強(qiáng)化實(shí)木板材的方法，包括如下工藝步驟:
I)木材準(zhǔn)備:選擇楊木、杉木、泡桐、桉木、松木等速生木材,經(jīng)鋸切加工或旋切加工制成一定規(guī)格的板材或單板，干燥至含水率為6-16%。
[0006]2)改性液調(diào)制:改性液由主劑、助劑和固化劑三種組分按100: (2-30): (0.5-5)的質(zhì)量比混合均勻制成，其中的主劑包括2D樹脂即二羥甲基二羥乙基乙烯脲、六羥樹脂即六羥甲基三聚氰胺樹脂、醚化2D樹脂、醚化六羥樹脂、尿素甲醛預(yù)縮液、三聚氰胺甲醛預(yù)縮液的一種或幾種的混合物，混合比例不限，混合物的樹脂含量為30-60% ;其中的助劑包括低分子量的聚乙烯醇、聚乙二醇的一種或兩種的混合水溶液，水溶液濃度為5-30% ;其中的固化劑包括二價(jià)金屬離子的水溶性鹽，如氯化鋅、硝酸鋅、氯化鎂的一種或幾種的混合物。
[0007]3)木材真空加壓浸潰處理:將步驟一準(zhǔn)備好的木材轉(zhuǎn)入真空壓力浸潰罐，抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到-0.1?-0.09MPa后，保持20_50min，然后快速注入步驟二配置好的改性液，在真空度為-0.1?-0.09MPa下繼續(xù)保持20_50min，此后加壓至0.8?2.0MPa,保持60?180min，緩慢解除內(nèi)壓，將改性液抽出至儲(chǔ)罐，開啟浸潰罐并取出浸潰后的木材，進(jìn)入下一步驟。
[0008]4)浸潰木材的干燥固化處理:將步驟三處理的木材常溫存放O?3天后放入干燥窯或真空干燥箱中進(jìn)行干燥固化處理，包括低溫、中溫、高溫三個(gè)階段；低溫階段溫度保持在40?70°C干燥12?48h (或在真空干燥箱中真空度為-0.1?-0.09MPa下干燥2?8h)，中溫階段溫度保持在80?105°C干燥4?12h，高溫階段保持溫度110?130°C固化I?3h。然后冷卻出料。
[0009]5)經(jīng)步驟四干燥固化后的木材，經(jīng)尺寸和表面精加工后即制成多效復(fù)合改性強(qiáng)化木。該木材可以直接用于地板、家具、門窗、木構(gòu)件的制造。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):采用環(huán)保型的防開裂充脹劑與改性抗皺縮預(yù)聚體相結(jié)合，一方面可以實(shí)現(xiàn)改性液對(duì)大尺寸木材全厚度的快速均勻滲透，另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)板材的快速干燥，處理?xiàng)钅景宀挠捕群蛷?qiáng)度可與樺木、橡木等優(yōu)質(zhì)木材相當(dāng)，干燥過程不開裂并能填補(bǔ)板材原有微細(xì)缺陷，板材保持原有色澤，防水性、尺寸穩(wěn)定性、防腐性能均能達(dá)到戶外級(jí)水平。板材可以直接用于高檔實(shí)木地板、家具、門窗、木結(jié)構(gòu)件的制造。
【具體實(shí)施方式】
[0011]利用速生木材通過多效復(fù)合改性處理制備強(qiáng)化實(shí)木板材的方法，包括如下工藝步驟:
1)木材準(zhǔn)備:選擇楊木、杉木、泡桐、桉木、松木速生木材，經(jīng)鋸切加工或旋切加工制成規(guī)格板材或單板，干燥至含水率為6-16% ；
2)改性液調(diào)制:改性液由主劑、助劑和固化劑三種組分按100: (2-30): (0.5-5)的質(zhì)量比混合均勻制成；
3)木材真空加壓浸潰處理:將步驟I)準(zhǔn)備好的木材轉(zhuǎn)入真空壓力浸潰罐，抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到-0.1?-0.09MPa后，保持20_50min，然后快速注入步驟2)配置好的改性液，在真空度為-0.1?-0.09MPa下繼續(xù)保持20_50min，此后加壓至0.8?2.0MPa,保持60?180min，緩慢解除內(nèi)壓，將改性液抽出至儲(chǔ)罐，開啟浸潰罐并取出浸潰后的木材，進(jìn)入下一步驟:
4)浸潰木材的干燥固化處理:將步驟3)處理的木材常溫存放O?3天后放入干燥窯或真空干燥箱中進(jìn)行干燥固化處理，包括低溫、中溫、高溫三個(gè)階段；低溫階段溫度保持在40?70°C干燥12?48h或在真空干燥箱中真空度為-0.1?-0.09MPa下干燥2?8h，中溫階段溫度保持在80?105°C干燥4?12h，高溫階段保持溫度110?130°C固化I?3h，然后冷卻出料；
5)經(jīng)步驟4)干燥固化后的木材，經(jīng)尺寸和表面精加工后即制成多效復(fù)合改性強(qiáng)化實(shí)木板材；該實(shí)木板材可直接用于地板、家具、門窗、木構(gòu)件的制造。
[0012]所述的步驟2)中改性液的調(diào)制過程中添加一定量的氮磷系阻燃劑或季銨鹽類防腐劑，其添加量為主劑量的0.5?5%。
[0013]所述的步驟2)中的主劑包括2D樹脂(二羥甲基二羥乙基乙烯脲)、六羥樹脂(六羥甲基三聚氰胺樹脂)、醚化2D樹脂、醚化六羥樹脂的一種、或其中之一與尿素甲醛預(yù)縮液、三聚氰胺甲醛預(yù)縮液二者之一的混合物，混合物中兩種成分的質(zhì)量比100: (20?100)，混合物的樹脂含量為30-60%。
[0014]所述的步驟2)中的助劑包括低分子量的聚乙烯醇、聚乙二醇的一種或兩種的混合水溶液，混合水溶液中聚乙烯醇和聚乙二醇的質(zhì)量比為100: (50?100)，水溶液濃度為5-30%ο
[0015]所述的步驟2)中的固化劑包括二價(jià)金屬離子的水溶性鹽，如氯化鋅、硝酸鋅、氯化鎂的一種或幾種的混合物，混合物中各成分比例為1:1。
實(shí)施例
[0016]首先向反應(yīng)釜內(nèi)加入固體樹脂含量為55%的2D樹脂100kg，攪拌并依次加入分子量為1000、濃度為30%的聚乙二醇水溶液20kg，磷酸氫二銨2kg，濃度為20%的氯化鋅水溶液10kg，攪拌均勻后制成多效改性液備用。
[0017]選取氣干至平衡含水率的楊木板材，加工成尺寸為1000_1(長(zhǎng))\150111111(寬)\35111111(厚)的試件10件，放入臥室真空壓力浸潰釜內(nèi)；抽真空至-0.09MPa，在真空度為-0.1?-0.09MPa下保持40min，向浸潰釜內(nèi)注入配制好改性液至改性液將木材試樣完全浸沒為止；繼續(xù)抽真空40min ;用氮?dú)饩徛訅褐翂毫?.2MPa，保壓時(shí)間2h，緩慢卸壓，放料，取出木材試樣。
[0018]木材試樣常溫陳放24h后，放入真空干燥箱中，在真空度為-0.1?-0.09MPa溫度為60°C下真空干燥6h，在常壓95°C條件下干燥4h，在120°C條件下干燥2h，至樹脂完全固化，制成多效復(fù)合改性強(qiáng)化木。
[0019]上述多效復(fù)合改性強(qiáng)化木經(jīng)檢測(cè)各項(xiàng)性能指標(biāo)如下:密度:0.63g/cm3,含水率:6.3%，靜曲強(qiáng)度:84.7MPa，彈性模量:8760MPa,抗壓強(qiáng)度:52.8MPa，表面耐磨性(IOOr):
0.09g，24h吸水厚度膨脹率:2.1%，阻燃等級(jí):B1級(jí)。
[0020]而未改性楊木為:密度:0.43g/cm3，含水率:10.6%，靜曲強(qiáng)度:54.2MPa，彈性模量:5670MPa，抗壓強(qiáng)度:34.7MPa表面耐磨性(IOOr):0.24g，24h吸水厚度膨脹率:10.5%。
【權(quán)利要求】
1.利用速生木材通過多效復(fù)合改性處理制備強(qiáng)化實(shí)木板材的方法，其特征在于該方法包括如下工藝步驟: 1)木材準(zhǔn)備:選擇楊木、杉木、泡桐、桉木、松木速生木材，經(jīng)鋸切加工或旋切加工制成規(guī)格板材或單板，干燥至含水率為6-16% ； 2)改性液調(diào)制:改性液由主劑、助劑和固化劑三種組分按100: (2-30): (0.5-5)的質(zhì)量比混合均勻制成； 3)木材真空加壓浸潰處理:將步驟I)準(zhǔn)備好的木材轉(zhuǎn)入真空壓力浸潰罐，抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到-0.1?-0.09MPa后，保持20_50min，然后快速注入步驟2)配置好的改性液，在真空度為-0.1?-0.09MPa下繼續(xù)保持20_50min，此后加壓至0.8?2.0MPa,保持60?180min，緩慢解除內(nèi)壓，將改性液抽出至儲(chǔ)罐，開啟浸潰罐并取出浸潰后的木材，進(jìn)入下一步驟: 4)浸潰木材的干燥固化處理:將步驟3)處理的木材常溫存放O?3天后放入干燥窯或真空干燥箱中進(jìn)行干燥固化處理，包括低溫、中溫、高溫三個(gè)階段；低溫階段溫度保持在40?70°C干燥12?48h或在真空干燥箱中真空度為-0.1?-0.09MPa下干燥2?8h，中溫階段溫度保持在80?105°C干燥4?12h，高溫階段保持溫度110?130°C固化I?3h，然后冷卻出料； 5)經(jīng)步驟4)干燥固化后的木材，經(jīng)尺寸和表面精加工后即制成多效復(fù)合改性強(qiáng)化實(shí)木板材；該實(shí)木板材可直接用于地板、家具、門窗、木構(gòu)件的制造。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用速生木材通過多效復(fù)合改性處理制備強(qiáng)化實(shí)木板材的方法，其特征在于所述的步驟2)中改性液的調(diào)制過程中添加主劑量的0.5?5%的氮磷系阻燃劑或季銨鹽類防腐劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用速生木材通過多效復(fù)合改性處理制備強(qiáng)化實(shí)木板材的方法，其特征在于所述的步驟2)中的主劑包括2D樹脂即二羥甲基二羥乙基乙烯脲、六羥樹脂即六羥甲基三聚氰胺樹脂、醚化2D樹脂、醚化六羥樹脂的一種、或其中之一與尿素甲醛預(yù)縮液、三聚氰胺甲醛預(yù)縮液二者之一的混合物，混合物中兩種成分的質(zhì)量比100: (20?100)，混合物的樹脂含量為30-60%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用速生木材通過多效復(fù)合改性處理制備強(qiáng)化實(shí)木板材的方法，其特征在于所述的步驟2)中的助劑包括低分子量的聚乙烯醇、聚乙二醇的一種或兩種的混合水溶液，混合水溶液中聚乙烯醇和聚乙二醇的質(zhì)量比為100: (50?100)，水溶液濃度為5-30%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用速生木材通過多效復(fù)合改性處理制備強(qiáng)化實(shí)木板材的方法，其特征在于所述的步驟2)中的固化劑包括二價(jià)金屬離子的水溶性鹽，如氯化鋅、硝酸鋅、氯化鎂的一種或幾種的混合物，混合物中各成分比例為1:1。
【文檔編號(hào)】B27K3/08GK103991116SQ201410160187
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】孫豐文, 彭曉曉, 黃河浪 申請(qǐng)人:南京林業(yè)大學(xué), 泗陽(yáng)楊木加工利用技術(shù)研究所