一种木材浸注炭化处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种木材浸注炭化处理方法，属于木材科学与技术领域。
【背景技术】
[0002] 木材是天然环保材料，不仅具有吸收紫外线的功能，还具有控温调湿的功效，更重 要的是其具有可再生、可加工的特性，因此，其被广泛用于建材、家具等领域。然而，木材也 存在很多缺陷，如木材使用时会与周围环境发生水分交换而产生干缩与湿涨，从而造成木 制品变形、开裂;木材又是许多菌类和昆虫的食物，所以木制品易发霉、生虫。为了解决木材 的这样技术问题，人们采用物理和化学改性技术对其进行改性。常用的物理改性方法是木 材热处理法(又称炭化木法），而化学改性方法是木材浸渍法。通过这些改性技术，既能可减 少木材变形，又能改善其生物耐久性，同时还能一定程度的延长其使用寿命。
[0003] 炭化木是在不含任何化学剂条件下应用高温对木材进行炭化处理，使其组分中羟 基浓度减小，从而增加其的尺寸稳定性；同时还改变了其的某些营养成分，从而具有较好的 防虫功能。炭化木又可以分为表层炭化木和深度炭化木。表层炭化木，也称为工艺炭化木、 炭烧木，主要是指用氧焊枪烧烤，使木材表面具有一层很薄的炭化层，对木材性能的改变可 以类比木材的油漆，但可以突显表面凹凸的木纹，产生立体效果；深度炭化木，又称为完全 炭化木、同质炭化木，主要是指经过200°C左右的高温炭化技术处理木材深层，从而破坏其 营养成分和重组其吸水官能团半纤维素，进而实现防腐防虫的功能和延长使用寿命的功 效。然而，炭化木也存在一些不足之处，如经高温炭化后的木材变脆，密度、力学强度下降， 在生产或使用过程中可能断裂;低于200°C处理得到的炭化木其尺寸稳定性、耐腐性能、耐 候性能、阻燃性能并没有显著改善;防蚁防霉功能有所下降，木材炭化后比较容易受白蚁蛀 蚀。
[0004] 木材浸渍，是指木材在水溶性低分子量树脂的溶液中浸渍时，树脂扩散进入木材 细胞壁并使木材增容，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。浸 渍处理后的木材的尺寸稳定性、力学强度性能均得到显著改善。如发明专利CN 101716790 B公开了一种《树脂预处理生产橡胶树炭化木方法》，该方法是通过真空加压浸注树脂，能增 加橡胶树炭化木的强度，还使得其尺寸稳定性及耐久性更加优良。但是，其的阻燃性能并没 有改善。为了改善炭化木的阻燃性能，人们进行多方面的研究，如发明专利CN 103240780 A 公开了一种《硅溶胶浸注预处理改善炭化木性能的方法》，该方法是通过用硅溶胶浸注预处 理制备炭化木，虽然炭化木的阻燃性能、防白蚁性能有了一定程度的改善，但是效果不理 想，从而限制了炭化木的使用范围。再者，其防水性能也一般，难以适用于长期与水接触的 工作环境。因此，开发一种阻燃性能、防白蚁性能、防水性能良好的炭化木是非常重要的。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术中木材浸渍改善阻燃性能、防白蚁性能不理想及防水性能差的 技术问题，本发明所要解决的技术问题是提出了一种阻燃性能、防白蚁性能、防水性能良好 的木材浸注炭化处理方法。
[0006] 本发明为解决上述问题所采取的技术方案为：
[0007] 一种木材浸注炭化处理方法，其步骤如下：
[0008] 1、木材浸注预处理
[0009] 将木材置于真空处理罐中，首先对真空处理罐进行0.3~0.7h抽真空;然后注入浸 注改性液，待处理罐注满后，施加1.2~1.6Mpa，保压时间为2.1~2.5h的压强;最后对真空 处理罐进行1.1~1.5h抽真空，排出木材残留的浸注改性液，取出木材。
[0010]优选的，将木材置于真空处理罐中，首先对真空处理罐进行〇. 5h抽真空;然后注入 浸注改性液，待处理罐注满后，施加1.4Mpa，保压时间为2.3h的压强；最后对真空处理罐进 行1.3h抽真空，排出木材残留的浸注改性液，取出木材。
[0011] 所述的浸注改性液是由硅酸钠溶液、纳米二氧化硅粉体、纳米二氧化钛粉体、硼酸 锌溶液和木质素磺酸钠组成的混合溶液。其中，它们的重量份比为:硅酸钠溶液:纳米二氧 化娃粉体:纳米二氧化钛粉体:硼酸锌溶液:木质素磺酸钠=3~6:0.4~0.6:0.3~0.8:1~ 4:0.1~0.3〇
[0012] 优选的，所述的浸注改性液重量份比为:硅酸钠溶液:纳米二氧化硅粉体:纳米二 氧化钛粉体:硼酸锌溶液:木质素磺酸钠= 5:0.5:0.6:3:0.2。
[0013] 所述的硅酸钠模数为1.2~1.6;所述的纳米二氧化硅粉体、纳米二氧化钛粉体的 粒径范围为1~l〇〇nm。
[0014] 优选的，所述的硅酸钠模数为1.4;所述的纳米二氧化硅粉体、纳米二氧化钛粉体 的粒径范围为10~80nm。
[0015] 2、木材高温处理
[0016] a)准备阶段:将浸注预处理好的木材，按井字法堆垛放入炭化设备中的炭化室内， 并关闭炭化室的大门；
[0017] b)预热阶段:将炭化室内温度以18~28h内升到50~65°C对其进行干燥和预热，使 木材的含水率小于12%;
[0018] c)升温、保温阶段:先将炭化室内温度以10~16°C/h的速度升温到90~100°C，并 保温1.2~1.8h;然后以3~6°C/h的速度升温到110~125°C，并保温2.2~2.6h，使木材内部 的含水率为0;最后13~16°C/h的速度升温到200~215°C，并保温2~5h，在此升温阶段采用 间歇式喷蒸汽法喷入蒸汽作为保护气体；
[0019] d)降温阶段:采用间歇式喷蒸汽法降温，先将炭化室内温度以7~ll°C/h的速度降 温至Ijlio~125°C，并保温1.3~1.5h;然后以3~6°C/h的速度降温到90~100°C，并保温0.7 ~0.9h，同时使用相同温度的水蒸气对木材进行调湿回潮处理，处理7~9h，将木材的含水 率回调到4~7% ;最后，自然降温至室温，取出木材。
[0020] 3、木材表面处理
[0021] a)准备阶段:将高温处理好的木材进行表面清洁和干燥；
[0022] b)处理阶段:通过涂刷经硫酸铝中和后稀甲基硅酸钠溶液对木材进行表面处理， 并重复涂刷至一定厚度(木材端头稍微涂刷厚点），且养护3天或以上即可。
[0023] 本发明的有益效果体现在以下几方面：
[0024] 1、采用硅酸钠溶液、纳米二氧化硅粉体、纳米二氧化钛粉体、硼酸锌溶液和木质素 磺酸钠组成的混合溶液作为浸注改性液，与现有技术相比，其不但具有纳米二氧化硅的特 性，而且兼具有:硅酸钠高温可以形成硅凝胶固体、二氧化硅的特点，可以有效地提高木材 的力学强度、防水性能和阻燃性能;纳米二氧化钛可以提高木材的密度、耐候性和抗沾污能 力，同时还可以借助其的光催化反应，使其具有超强的杀菌性能;硼酸锌不仅热稳定性好， 而且分散性好，这样可以有效地提高浸注改性液的渗透深度，从而提高木材的防虫防白蚁 性能和阻燃性能，进而满足木材的实际应用要求;木质素磺酸钠作为表面活性剂，可以减小 木材中毛细管的张力，降低使用压力，增大流量率，提高木材的渗透性，使浸注改性液有效 成分可以更多的渗透到木材内部中，从而提高木材的各种性能。
[0025] 2、采用阶梯式的连续升降温方法，可以有效地防止木材处理过程中产出开裂、变 形等缺陷，同时还可以消除木材内部形成的应力，从而获得更好质量的木材。
[0026] 3、本发明采用干燥和炭化一次完成，与现有技术相比，减少处理时间，提高生产效 率。
[0027] 4、用经硫酸铝中和后稀甲基硅酸钠溶液对木材进行表面处理，可以提高木材的疏 水性能、防腐性能和力学强度，从而拓宽了木材的应用范围。
【具体实施方式】 [0028] 实施例1
[0029] 一种木材浸注炭化处理方法，其步骤如下：
[0030] 1、选取:硅酸钠模数为1.4;纳米二氧化硅粉体、纳米二氧化钛粉体的粒径范围为 10~80nm。
[0031] 2、木材浸注预处理
[0032] 将规格为1200mmX130mmX30mm(长X宽X厚）的木材置于真空处理罐中，首先对 真空处理罐进行0.5h抽真空；然后注入硅酸钠溶液：纳米二氧化硅粉体：纳米二氧化钛粉 体:硼酸锌溶液:木质素磺酸钠=5 :0.5 :0.6: 3 :0.2的浸注改性液，待处理罐注满后，施加 1.4Mpa，保压时间为2.3h的压强;最后对真空处理罐进行1.3h抽真空，排出木材残留的浸注 改性液，取出木材。
[0033] 3、木材高温处理
[0034] a)准备阶段:将浸注预处理好的木材，按井字法堆垛放入炭化设备中的炭化室内， 并关闭炭化室的大门；
[0035] b)预热阶段:将炭化室内温度以23h内升到58°C对其进行干燥和