一种提高木材强度和耐候性的改性工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及木材改性技术领域，具体涉及一种提高木材强度和耐候性的改性工 〇
【背景技术】
[0002] 随着国家经济建设的发展及人民生活水平的提高，人们对木材的需求量越来越 大。而天然林保护工程的实施，使得木材供求矛盾更加突出。为缓解供需矛盾，我国已营造 了大面积的工业人工林。人工林木材虽然有速生丰产等优点，但是人工速生林木材的物理 力学性能较差，密度低，材质松软，易产生干缩变形。
[0003] 为了拓展人工林木材的应用范围，提高人工林木材的经济价值，人们用各种方法 对人工速生林木材进行改性。目前研宄较多的是采用热固性树脂对木材进行浸渍处理，热 固性合成树脂在固化后耐水性强，不流失，而且强度高，受热不软化，适用于浸渍木材。用 于浸渍木材的合成树脂必须具有粘度低的特点，否则无法对木材进行充分浸渍。聚合度的 高低是决定树脂浸渍处理效果好坏的主要因素，所以应采用低聚合度的初期树脂。目前已 有许多不同类型的树脂能成功地在木材内部聚合，如酚醛树脂（PF)、脲醛树脂（UF)、三聚 氰胺甲醛（MF)以及异氰酸酯等。具体的浸渍处理方式是将木材浸渍在水溶性低分子量的 树脂溶液中，树脂扩散进入木材细胞中并使木材增容，经干燥除去水分，树脂由于加热而固 化，生成不溶于水的聚合物，沉积填充于细胞内，或与木材组分发生交联，从而使木材密度 增大、硬度及强度提高、尺寸稳定性改善。
[0004] 随着人们环保意识的增强，木材改性专家把目光投向较为环保的热处理木，主要 为炭化木，利用高温（200°C左右）处理木材，提高了木材尺寸稳定性，其中比较典型的有以 下四种热处理工艺： 1、芬兰的Thermwood工艺 Thermwood工艺方法分3个阶段进行：第一阶段，采用热和蒸汽使干燥窑内木材升温， 并在高温下干燥使木材的湿度降为零，干燥窑的温度快速升温至l〇〇°C左右，之后平稳升 温至130°C;第二阶段为高温热处理木材阶段，即干燥窑内的温度升高并保持为185°C~ 230°C，当达到目标温度后，保持在该温度下热处理2h~3h;第三阶段为冷却和调湿处理阶 段，即将热处理后木材用喷水系统进行降温；当温度降低至80°C~90°C时，重新调节湿度 使木材含水率达到4%~7%。Thermwood工艺主要处理树种为松木、杉木、杨木及桦木。热 处理后的木材主要用于室外，例如：甲板、栅栏、庭院家具、门、窗等。室内用作厨房家具、正 厅及面板等。
[0005] 2、荷兰的PlatoWood工艺 PlatoWood工艺既可以处理生材又可以处理气干材，该工艺分四步进行：第一步，水热 处理（hydrothermolysis):常压条件下，将木材置于温度为160°C~190°C的潮湿环境中， 处理4h~5h;第二步，木材干燥：用3天~5天时间，用传统干燥工艺将木材干燥至含水 率低于10% ;第三步，热处理：将木材加热至170°C~190°C，处理时间为14h~16h;第四 步，通常是将木材平衡含水率提高，使之与大气环境中的相当。这种处理方法已经被阿纳姆 (荷兰）工厂应用于商业化生产，年生产能力达35000m3。
[0006]3、法国有两种生产工艺：Rectification工艺和Boisperdure工艺Rectification工艺是在200°C~240°C的氮气中处理木材，处理材的含水率为12% ; 而Boisperdure工艺是在200°C~240°C的水蒸气中快速干燥生材。
[0007]4、德国的0HT处理工艺 0HT处理工艺采用油作为热处理介质，在高温下处理木材。首先将木材放入一个充满热 油的密闭容器中处理18h~24h。油具有良好的导热及绝氧能力。但不利条件是，油将浸入 木材内部使木材重量增加50%~70%，且热处理材有油烟味。
[0008]上述四种热处理工艺过程繁杂，工艺条件苛刻，控制困难，产品质量的稳定性难以 保证，有的处理工艺还需要特殊的热处理介质，例如：法国的Rectification工艺需要氮 气，德国的0HT处理工艺需要油作为热处理介质。
[0009]虽然木材经热处理改性后能提高其尺寸的稳定性，木材中的平衡含水率下降，耐 腐性能也有所增加，胶结性能提高，木材颜色变深，改善了外观较差的木材外观，然而热处 理后的木材的物理力学性能下降，木材强度值下降较大，如：抗弯强度降低、表面润湿性能 下降等，且现有改性木材的耐候性较差，很大程度上限制了炭化木的应用范围。
【发明内容】
[0010] 为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种提高木材强 度和耐候性的改性工艺，该改性工艺可以显著提高木材的强度和耐候性，步骤简单，操作控 制方便，质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。
[0011] 本发明的另一目的在于提供一种改性木材，该改性木材的强度高，耐候性好；且其 防腐、防虫蛀、防霉变、防水、阻燃、防变形和防开裂性能得到大幅度提升；其密度、硬度、抗 弯强度和弹性模量均较好，可以提升木材的使用性能和延长木材的使用寿命；还具有隔热 绝缘、调温和调湿等自然属性，色泽鲜艳、明亮，物理条纹立体感强，板材颜色通透自然。
[0012] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种提高木材强度和耐候性的改性工艺， 包括如下步骤： A、 制备浸渍液：所述浸渍液包括如下重量份的原料：三聚氰胺改性脲醛树脂10-30份、 糊精4-8份、纳米改性剂1-5份、抗氧化剂0. 5-1. 5份、助剂1-5份和水60-100份；按重量 配比称取上述原料混合均匀，制得浸渍液； B、 浸渍：将木材进行真空加压浸渍处理，使木材吸附浸渍液； C、 干燥：将浸渍处理后的木材进行干燥处理； D、 热处理：将干燥处理后的木材在真空状态下进行热处理。
[0013]本发明的改性工艺可以显著提高木材的强度和耐候性，步骤简单，操作控制方便， 质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。
[0014]优选的，所述步骤B具体包括如下步骤： B1、对浸渍罐内的木材进行减压抽真空处理，其中第一次减压抽真空处理的相对压力 为-0. 07MPa~-0. 09MPa，抽真空处理时间为0. 5h~1. 5h; B2、向浸渍罐内加入浸渍液，进行加压浸渍处理，其中加压浸渍处理的相对压力为 0? 7~2. 5MPa，处理时间为1. 5h~2. 5h。
[0015] B3、对木材进行第二次减压抽真空处理，其中，第二次减压抽真空处理的相对压力 为-0. 07MPa~-0. 09MPa，抽真空处理时间为0. 5h~1.Oh。
[0016] 本发明通过采用真空加压浸渍处理，并严格控制其处理参数，使得木材能更好地 吸附浸渍液，提高木材的强度和尺寸稳定性。
[0017] 优选的，所述步骤C中，干燥采用梯度升温方式进行干燥，干燥温度从80°C梯度升 温至120°C，其中，每10°C为一个升温梯度，每个梯度的干燥温度的干燥时间2天~3天。
[0018] 本发明通过采用梯度升温方式进行干燥，并严格控制升温梯度和升温时间，使得 木材的干燥效果更好，且制得的木材不易变形和开裂，尺寸稳定性好。
[0019] 优选的，所述步骤D中，热处理的相对压力为-0. 07MPa~-0. 09MPa，热处理温度为 180-220°C，热处理时间为2-6h。
[0020] 本发明通过采用热处理，并严格控制热处理的压力、温度和时间，能显著提高木材 的尺寸稳定性。
[0021] 优选的，所述步骤A中，三聚氰胺改性脲醛树脂的制备包括如下步骤： a、 按照以下重量份配比准备原料：三聚氰胺350~450、甲醇180~240、甲醛500~ 540、尿素 50 ~150; b、 将三聚氰胺和甲醛加入反应釜中，搅拌均匀后加入氢氧化钠调节三聚氰胺和甲醛混 合溶液的pH值，加热升温进行反应，制得反应液，其中，调节后的pH值为9. 1~9. 5,反应温 度为75°C~85°C，反应时间为30~50min; c、 使反应釜内反应液温度保持为65°C~75°C，然后加入氢氧化钠溶液调节反应液的 pH值彡12 ; d、 向反应爸中加入甲醇和第一批尿素进行改性反应，反应50~70min后降低反应爸的 温度至60°C~70°C，得到冷却液；第一批尿素的加入量为尿素总量的10-80%; e、 加入盐酸，调节冷却液的pH值至8. 5~9. 5,然后加入余量的尿素，搅拌，使尿素溶 解，得到混合液； f、 加入盐酸调节混合液的pH值至7~8,然后保持混合液在温度为55°C~65°C的条件 下反应40~80min后向反应釜中加入氢氧化钠溶液调节pH值为10~11，降温出料，制得 三聚氰胺改性脲醛树脂。
[0022] 本发明的三聚氰胺改性脲醛树脂浸渍木材后，树脂扩散进入木材细胞中并使木材 增容，经干燥除去水分，树脂由于加热而固化，生成不溶于水的聚合物，沉积填充于细胞内， 或与木材组分发生交联，从而使木材密度增大、硬度及强度提高、尺寸稳定性改善。
[0023] 优选的，所述步骤A中，纳米改性剂是由纳米二氧化硅和纳米二氧化钛以重量比 1-3:1组成的混合物。本发明通过采用纳米二氧化硅和纳米二氧化钛作为纳米改性剂复配 使用，并控制其重量比为1-3:1，可以提高木材的强度和