专利名称：一种速生材阻燃增强木皮及其生产方法
技术领域：
本发明涉及木材功能性改良方法，尤其是涉及一种经木材炭化热处理和阻燃增强处理工艺改良的速生材阻燃增强木皮及其生产方法，属于木材功能性改良及木材加工技术领域。
背景技术：
通常所说的木皮是用干燥好后的锯材通过框锯、带锯或多片锯剖分而得到的厚度为2 5mm的薄板称为木皮，木皮通常是用作实木复合地板及实木家具表面装饰用的材料。 现有的普通木皮都是珍贵的硬阔叶材，对珍贵硬阔叶材的利用不利于环境保护和林业产业的可持续发展。而且由于木皮特别是速生材木皮末经改良其平衡含水率高，非常容易受到环境温湿度变化的影响，容易导致其瓦片变形，有的瓦片变形大的甚至开裂，或者变形小的用于生产实木复合地板进行强制复原时也有很大部分产生开裂，而且即使制作成实木复合地板或实木家具时，也容易使地板或家具产品变形，降低产品质量。木皮的瓦片变形开裂不仅增加了加工难度、降低了木材的出材率、而且也增加了企业经营成本。随着硬阔叶材森林资源的大量减少，木皮的价格也在一路的上涨，因此，很多企业都开始以价格低廉的速生材为原料制成速生材木皮，部分替代现在的硬阔叶材木皮。但速生材生长速度快，材质软，容易变形，所制成的速生材木皮比硬阔叶材木皮还容易瓦片变形开裂，质量上、纹理上都无法与现有的硬阔叶材木皮相比，而且速生材木皮抽提物多，容易发生霉变蓝色，影响表面装饰，都大大降低了速生材木皮的质量和使用性能。因此，对木皮进行功能性改良，以降底木皮的平衡含水率，减小环境温湿度变化对木皮平整度的影响，赋予木皮特别是速生材木皮更多的性能如尺寸稳定性好，耐腐耐候性强，具有阻燃表面硬度提高等功能，同时也改善木皮的装饰效果。中国专利文献CN1868704A公开了 “一种木材炭化处理方法”技术专利，其制造方法包括a.将木材整齐码垛并在木材堆顶部按lt/m2的标准加压钢板框浇混凝土压块，然后装入木材炭化设备中；b.在木材炭化设备中采用阶梯式连续升温方法，将温度按每4 6 小时提高3 7°C的速度升温至120 140°C ；c.采用阶梯式连续升温方法，按每1 3小时提高8 12°C的速度升温至160 240°C，并在最高温度下保持3 6小时，炭化处理过程结束；d.待炭化结束后，停止加热，采用喷雾化水方法让木材缓慢降温到100°C，然后通入100°C的饱和蒸汽对木材进行调湿回潮处理，处理时间为6 8小时，将木材的含水率回调到4 6%;e.木材在自然条件下冷却到温度高于室温15 30°C出窑。上述炭化处理方案生产周期长，能耗高，产量低。中国专利文献CN101069972A公开了“一种热处理炭化木材的生产方法”技术专利，其步骤包括(1)准备阶段将含水率< 12%的待处理木材，按常规干燥法堆垛放入木材炭化窑内，并关闭木材炭化窑的大门和进、排气口 (2)预热阶段将窑内介质温度在1 3h内升到50 80°C ； (3)升温阶段将窑内介质温度以10 18°C /h的速度升温到95 105°C ；接着以3 8V /h的速度升温到120 130°C对素材进行高温干燥，并且木材内部的含水率几乎降到0 ；再以12 20°C /h的速度升温到185 220°C之间；在此升温阶段中采用间歇式喷蒸法进行喷蒸处理；(4)保温阶段当窑内介质温度达到所要求的温度以后， 保持窑内温度在185 220°C之间，保持炭化温度2 他；(5)降温阶段关闭热源，采用间歇式喷蒸法降温，使窑内介质温度以12 18°C /h的速度降温到120 140°C ；接着采用进排气口间歇开合和间歇式喷蒸法进行降温，使窑内介质温度以4 8°C /h的速度降温到 70 85°C，采用间歇式喷蒸法进行喷蒸处理，维持1 4h，使木材含水率达到4 9% ；再自然降至室温出窑。这一热处理工艺只适用于小批量实验室且厚度不大的木材板材，不能用于大规模工业化生产。经多年生产经验证明如用上述方案处理木材的初含水率高于8% 以上，木材厚度大于20mm时，会使木材在处理后，容易产生表裂和内裂，而且采用上述的间歇式喷蒸升温和降温，很容易引起在炭化处理过程中发生起火，以15 20°C/h的速度升温到185 220°C之间处理木材，会由于木材受热不均，使处理出来的木材材色表里不均，会大大降低木材出材率和降低木材等级。而且上述方案仍然存在着生产时间长，能耗高，产量低。中国专利文献CN1651202AO005-8-11)曾公开“木材木制品阻燃剂及其处理方法”，其处理方法是将木材如板、木条等，木制品如细木工板、木质胶合板、纤维板等，放入处理罐中，封闭罐门；抽真空至真空度为0. 084士0. OOSMPa,同时保持10 90分钟；然后将阻燃剂于常温下注入上述真空状态下的处理罐中，同时加压至0. 2 1. OMPa时保持1 6MPa，卸掉压力及排空阻燃剂；然后再对处理罐抽真空至真空度为0. 084士0. 008MPa,同时保持20 90分钟，最后排除真空。然而该方法生产工艺复杂，生产成本高，而且所得到的阻燃型材尺寸稳定性差、或容易发生霉变蓝变、或不耐腐朽使用寿命短的缺陷。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种速生材阻燃增强木皮及其生产方法，它集合炭化热处理和阻燃增强处理木皮二者的优点，克服其各自的缺点，有利于产业化生产。具体就是炭化热处理改善了速生材木皮纹理色泽，使速生材木皮的纹理显现色泽饱满，同时也解决了现有木皮容易发生瓦片变形开裂，解决了速生材木皮容易发生霉变蓝变、容易腐朽，影响木皮后续加工及影响后续加工所得到产品的质量，且而提高了木皮特别是速生材木皮的尺寸稳定性、耐腐耐候性延长了木皮的使用寿命，而且经炭化热处理改良后打通了木皮的纹孔导管，极大地提高了木皮的渗透性；但同时炭化热处理也使木皮特别是速生材木皮的表面硬度降低，使木材特别是速生材更容易燃烧。但炭化热处理后木材良好的渗透性为阻燃增强处理实施提供了非常好的前提条件，通过后续阻燃增强处理，可很好地克服了炭化热处理木皮产生的缺陷，同时提高了木皮的阻燃性能和表面硬度，实现了炭化热处理木皮和阻燃增强处理木皮二者优点的有效结合。本发明技术方案与现有技术相比，具有生产工艺简单，生产周期短，能耗低，生产成本低等优点。所处理得到的木皮平衡含水率低，减小环境温湿度变化对木皮平整度的影响，提高木皮的尺寸稳定性，耐腐耐候性，延长木皮的使用寿命，同时使木皮特别是对于速生材木皮具有阻燃和表面增强的性能，提高木皮的装饰效果， 克服了速生材纹理单一，使速生材木皮纹理显现、色泽饱满装饰效果好更突出的优点。本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的一种速生材阻燃增强木皮，是经炭化热处理和阻燃增强处理后厚度为2 5mm速生材木皮，所述速生材木皮的燃烧性能达B_s2，d2，t2以上，耐腐等级达强耐腐级重量损失 0 10 %，表面硬度比素材提高40 %以上，含水率在7. 0 11. 0 %，平衡含水率小于6.0%。作为优选，所述的一种速生材阻燃增强木皮所用的木材为速生材马尾松、杨木、辐射松、杉木。本发明以速生材为原料，速生材生长速度快、成材周期短10 15年便可成材的树种，除上述优选速生材树种外，还可选樟子松、南方松、泡桐、欧洲云杉等。但由于速生材质地较软，而炭化热处理后又会进一步降低其表面硬度，通过本发明的阻燃增强处理，可以选择性地采用无机阻燃处理与有机阻燃处理使速生材木皮表面硬度提高。集合炭化热处理木皮和阻燃增强处理木皮的优点，克服其各自的缺点，使处理得到的木皮尺寸稳定性高，耐腐耐候性强，阻燃剂渗透均勻阻燃效果好，木皮表面硬度高，生产设备简单，生产成本低，木材出材率高；克服了炭化木热处理材不具有阻燃性的问题，克服了现有阻燃处理常压技术条件下处理普通木皮时，阻燃剂不能均勻很好地渗透入木皮里，而且经阻燃处理的木皮特别是速生材木皮在干燥和使用过程中容易发生瓦片、端裂、霉变蓝变等以及稳定性差、不耐腐不耐候。本发明的上述速生材阻燃增强木皮的生产方法，包括以下步骤(1)木皮制作步骤将速生材板材锯制成2. 2 5. 5mm厚的木皮；(2)第一次叠加干燥步骤把4 8层速生材木皮叠加在一起为一叠整体进行干燥使其含水率< 14% ；(3)炭化热处理步骤将叠加干燥好的速生材木皮保持干燥时木皮叠加状态，送进热处理窑里快速加热加湿直接升温到190 200°C的条件对木皮进行炭化热处理3 4h ；(4)阻燃增强处理步骤是在常压下浸渍液温度为20°C 80°C条件下，对炭化热处理后的速生材木皮立即直接先浸渍到无机阻燃剂中浸渍时间为2 4h，然后经干燥后使木皮的含水率< 12%后，再浸渍到低分子树脂中浸渍时间为0. 5 池；(5)第二次叠加干燥步骤把4 8层速生材木皮叠加在一起为一叠整体进行干燥使木皮含水率为7. 0 11. 0%。作为优选，所述木皮制作步骤是把速生材锯板材框锯机或多锯片机剖成2. 2 5. 5mm厚的木皮。作为优选，所述第一次叠加干燥步骤是把4 8片速生材木皮叠加在一起为一叠整体，采用规格统一的托盘和铝合金隔条，堆垛时隔条距木皮端面在5cm以内，隔条间距在10 20cm，隔条整齐在坚直方向上成一条直线，在堆垛好木皮堆上压水泥块，置于气干棚中先进行气干干燥，后移到干燥窑里进行窑干干燥，或直接置于干燥窑中进行常规干燥， 使木皮的含水率< 14%。对木皮，特别是速生材木木皮前期采用气干先使木皮的含水率降低到25%后，使木皮已渡过易皱缩含水率40 60%，就不容易出现干燥缺陷，再采用窑干常规干燥时，将木皮干燥至含水率< 14%。这是因为在气干干燥的过程中，白天温度高风量大，起到干燥的作用，但到了晚上温度低，木材周围湿度大，起到了平衡处理的作用，内高外低的含水率使得木材里面的水份往外木材表面移动，从而形成白天干燥，晚上平衡这一个循环，从而可以有效克服木材干燥残余应力的产生，及削弱了皱缩的成因。而且这还是一种节能环保的干燥方法。 作为另一优选，所述第一次叠加干燥步骤是把4 8片木皮叠加在一起为一叠整体，采用规格统一的托盘和铝合金隔条，堆垛时隔条距木皮端面间距在5cm以下，隔条间距在10 20cm，隔条整齐在坚直方向上成一条直线，在堆垛好木皮堆上压压块，置于干燥窑中直接进行常规干燥，使木皮的含水率< 14%。作为优选，所述炭化炭化热处理步骤是把叠加干燥好的速生材木皮保持干燥时木皮叠加状态，直接用叉车送进热处理窑里，关闭热处理窑门，同时开启加热和加湿阀门， 快速加热加湿直接升温到190 200°C对木皮进行热处理改良3 4h，热处理结束后关闭加热采用喷射雾化水方法让木材热处理设备内温度快速降温至110 120°C时，结束喷雾化水和停止加湿，自然降温到窑内40 60°C时即可出窑。干燥木皮含水率降低到彡14% 后，采用快速加热加湿升温直接到190 200°C对木皮进行热处理改良，在快速加热加湿升温过程中所产生的残余应力，由于木皮薄残余应力小，相互叠加在一起的木皮平衡掉其应力一部分，规格统一的托盘和铝合金隔条及隔条的摆放方式也会平衡掉木皮的其余残余应力，从而防止了木皮在热处理过程中产生变形开裂缺陷。而且采用木皮叠加为一叠整体的方式进行热处理，即保证了热处理所得到木皮的平整度，也保证了保证了产量。另外本技术工艺缩短了热处理改良时间，提高了产品质量，在热处理改良过程中采用190°C 200°C高温高湿条件下处理木皮，溶解木皮抽提物，使木皮里的活性基团如羟基等减少，打通木皮导道和纹孔，而又不会使木皮的表面硬度和静曲强度降低得很大，并使木皮特别是速生材木皮拥有更出色的材色，而且此过程还可以有效改善木皮瓦片，使得其后浸渍阻燃增强处理的木材出材率高。此外，本技术工艺还具有改良生产安全简单，不会引发着火，木材受热均勻，处理出来的木材材色表里均勻，木材出材率高，在快速降温后，木材的含水率很低，大约在1. 5 % 3 %，形成外高内低的木材含水率梯度，有利于其后阻燃剂的渗入。作为进一步优选，所述炭化热处理步骤是在快速加热加湿升温过程中湿球温度小于100°C时要保持干球温度大于湿球温度20 30°C，直至湿球温度彡IOO0C，保持窑里充满蒸汽。作为优选，所述阻燃增强处理步骤是在常压下浸渍液温度为20°C 80°C条件下，对炭化热处理后的速生材木皮立即直接先浸渍到无机阻燃剂中浸渍时间为2 4h，然后经干燥后使木皮的含水率< 12%后，再浸渍到低分子树脂中浸渍时间为0. 5 池。作为进一步优选，所述的无机阻燃剂为质量浓度为10 20%的水溶性磷-氮-硼阻燃剂、聚磷酸铵阻燃剂、聚磷酸铵-硼酸锌复合阻燃剂、磷酸胍阻燃剂或硼酸锆阻燃剂； 所述的低分子树脂溶液为三聚氰胺、酚醛树脂、异氰酸酯、酚醛树脂改性的尿醛树脂或异氰酸改性的尿醛树脂。先浸渍到无机阻燃剂中后浸渍到低分子树脂中起到二次增强木材阻燃性能，同时能增加木皮表面硬度。由于阻燃处理前已对木材进行了炭化热处理，具有防腐耐候和高稳定性性能，因此本发明选用的阻燃剂可以不具备防腐防霉性，也不需要尺寸稳定增强剂，只需阻燃剂只具有阻燃性能即可，从而可以选用成本低的阻燃剂，降低了生产成本。作为更进一步优选，所述的酚醛树脂固含量为20 50%，PH为6. 5 7. 5，相对黏度为2. 5 4. 7。作为优选，所述的第二次叠加干燥步骤是把阻燃处理后4 8片木皮叠加在一起为一叠整体，采用规格统一的托盘和隔条，堆垛时隔条距木皮端面在5cm以内，隔条间距在10 20cm，隔条整齐在坚直方向上成一条直线，在堆垛好木皮堆上压水泥块，直接置于干燥窑中进行常规干燥，使木皮的含水率7. 0 11. 0%。作为优选，所述的速生材阻燃增强木皮，可应用于阻燃实木复合门面板、阻燃实木复合地板面板及其他阻燃木制品面板。综上所述，本发明具有以下有益效果1.本发明集合炭化热处理和阻燃增强处理二者的优点，克服其各自的缺点，使处理得到木皮尺寸稳定性高，耐腐耐候性强，阻燃剂渗透全且均勻阻燃效果好，生产设备简单，生产成本低，木材出材率高；克服了热处理改良木材不具有阻燃性的问题，克服了现有阻燃处理常压技术条件下处理普通木皮时，阻燃剂不能均勻很好地渗透入木皮里，而且经阻燃处理的木皮特别是速生材木皮在干燥和使用过程中容易发生瓦片、端裂、霉变蓝变等以及稳定性差、不耐腐不耐候；经过本发明热处理改良后的木皮闭塞导道和纹孔被打通，加上热处理后形成的外高内低的木材含水率梯度，有利于阻燃液渗透到木皮内部，后进行的低分子松脂浸渍使得阻燃剂不易流失，有效解决了阻燃剂的易流失问题，使处理得到的速生材木皮材色美观呈现出柚木、榆木、栎木等珍贵树种纹理色泽；2.采用气干与窑干联合干燥技术，可有效防止木皮发生霉变或蓝变对木材表面美观度的影响，降低木皮的等级，这是一种非常节能环保适合于木皮干燥的方法；3.采用叠加干燥方式进行干燥和热处理改良，即可以防止干燥缺陷和热处理缺陷的产生，提高出材率和产量，而又可以加快干燥速度和热处理改良速度，提高生产效率和产量，又能保证干燥质量和热处理所得木皮质量；4.本技术方案的炭化炭化热处理步骤，是专门为木皮而开发设计的，具有生产工艺简单，生产周期短，生产效率高，生产成本低，木皮平整度好可达100 %出材率，可实现连续化、大规模产业化生产的高效节能热处理改良工艺，与现有技术有质的差别和质的突破， 如按本技术方案处理木材，会使处理得到的木材出现表裂、内裂、端裂和弯曲变形缺陷；而且还能使速生材木皮的纹理呈现出柚木、榆木、栎木等珍贵树种纹理色泽，另外速生材经改良后其渗透性提高幅度更大，其所得型材阻燃效果更好；5.本发明以速生材为原料，由于速生材质地较软，而热处理改良后又会略降低其表面硬度，通过本发明的技术方案，使得本发明速生材木皮的表面硬度提高，可取代硬阔叶材木皮直接应用于家具、地板、木门的面板，对速生材的高附加值高档应用，可减少热带雨林砍伐，节约森林能源，成为制造家居用品的理想材料。
具体实施例方式实施例一(1)木皮制作步骤选取马尾松锯材，通过框锯机剖成5. 5mm厚的马尾松木皮。(2)第一次叠加干燥步骤把4片5. 5mm厚的马尾松木皮叠加在一起为一叠，采用规格统一的托盘和铝合金隔条，堆垛时隔条距木皮端面间距在5cm以内，隔条间距在20cm， 隔条整齐在坚直方向上成一条直线，在堆垛好木皮堆上压水泥块，置于气干棚中先进行气干干燥即(昼夜平均温度25. 3°C，昼夜平均风速2. lm/s,时季9月份)，使木皮含水率降低到25%左右时，再移到干燥窑中进行窑干干燥，使木皮的含水率< 14%，所采用的气干与窑干联合干燥工艺见表1。 表1马尾松木皮气干与窑干联合干燥工艺
权利要求
1.一种速生材阻燃增强木皮，其特征在于是经炭化热处理和阻燃增强处理后厚度为 2 5mm速生材木皮，所述速生材木皮的燃烧性能达B-s2，d2, t2以上，耐腐等级达强耐腐级重量损失0 10%，表面硬度比素材提高40%以上，含水率在7. 0 11. 0%，平衡含水率小于 6. 0%。
2.根据权利要求1所述的一种速生材阻燃增强木皮的生产方法，其特征在于，包括以下步骤(1)木皮制作步骤将速生材板材锯制成2.2 5. 5mm厚的木皮；(2)第一次叠加干燥步骤把4 8层速生材木皮叠加在一起为一叠整体进行干燥使其含水率< 14% ；(3)炭化热处理步骤将叠加干燥好的速生材木皮保持干燥时木皮叠加状态，送进热处理窑里快速加热加湿直接升温到190 200°C的条件对木皮进行炭化热处理3 4h ；(4)阻燃增强处理步骤是在常压下浸渍液温度为20°C 80°C条件下，对炭化热处理后的速生材木皮立即直接先浸渍到无机阻燃剂中浸渍时间为2 4h，然后经干燥后使木皮的含水率< 1 后，再浸渍到低分子树脂中浸渍时间为0. 5 池；(5)第二次叠加干燥步骤把4 8层速生材木皮叠加在一起为一叠整体进行干燥使木皮含水率为7. 0 11. 0%。
3.根据权利要求2所述的一种速生材阻燃增强木皮的生产方法，其特征在于所述第一次叠加干燥步骤是把4、片速生材木皮叠加在一起为一叠整体，采用规格统一的托盘和铝合金隔条，堆垛时隔条距木皮端面在5cm以内，隔条间距在10 20cm，隔条整齐在坚直方向上成一条直线，在堆垛好木皮堆上压水泥块，置于气干棚中先进行气干干燥，后移到干燥窑里进行窑干干燥，或直接置于干燥窑中进行常规干燥，使木皮的含水率< 14%。
4.根据权利要求2所述的一种速生材阻燃增强木皮的生产方法，其特征在于所述炭化热处理步骤是把叠加干燥好的速生材木皮保持干燥时木皮叠加状态，直接用叉车送进热处理窑里，关闭热处理窑门，同时开启加热和加湿阀门，快速加热加湿直接升温到190 200°C对木皮进行热处理改良3 4h，热处理结束后关闭加热采用喷射雾化水方法让木材热处理设备内温度快速降温至11(T12(TC时，结束喷雾化水和停止加湿，自然降温到窑内 40 60°C时即可出窑。
5.根据权利要求2和4所述的一种速生材阻燃增强木皮的生产方法，其特征在于所述炭化热处理步骤是在开始快速加热加湿升温过程中湿球温度小于100°c时要保持干球温度大于湿球温度20 30°C，直至湿球温度> 100°C，保持窑里充满蒸汽。
6.根据权利要求2所述的一种速生材阻燃增强木皮的生产方法，其特征在于所述阻燃增强处理步骤是在常压下浸渍液温度为20°C 80°C条件下，对炭化热处理后的速生材木皮立即直接先浸渍到无机阻燃剂中浸渍时间为2 4h，然后经干燥后使木皮的含水率 (1 后，再浸渍到低分子树脂中浸渍时间为0. 5 池。
7.根据权利要求2和6所述的一种速生材阻燃增强木皮的生产方法，其特征在于所述的无机阻燃剂为质量浓度为10 20%的水溶性磷-氮-硼阻燃剂、聚磷酸铵阻燃剂、聚磷酸铵-硼酸锌复合阻燃剂、磷酸胍阻燃剂或硼酸锆阻燃剂；所述的低分子树脂溶液为三聚氰胺、酚醛树脂、异氰酸酯、酚醛树脂改性的尿醛树脂或异氰酸改性的尿醛树脂。
8.根据权利要求2所述的一种速生材阻燃增强木皮的生产方法，其特征在于所述第二次叠加干燥步骤是把阻燃增强处理后4、片木皮叠加在一起为一叠整体，采用规格统一的托盘和隔条，堆垛时隔条距木皮端面在5cm以内，隔条间距在10 20cm，隔条整齐在坚直方向上成一条直线，在堆垛好木皮堆上压水泥块，直接置于干燥窑中进行常规干燥，使木皮的含水率7.0 11.0%。
全文摘要
本发明涉及木材功能性改良方法，尤其是涉及一种经木材炭化热处理和阻燃增强处理工艺改良的速生材阻燃增强木皮及其生产方法，属于木材功能性改良及木材加工技术领域。速生材阻燃增强木皮的生产方法，包括步骤(1)木皮制作步骤；(2)第一次叠加干燥步骤；(3)炭化热处理步骤；(4)阻燃增强处理步骤；(5)第二次叠加干燥步骤。集合炭化热处理和阻燃增强处理二者的优点，克服其各自的缺点，使处理得到的速生材阻燃增强木皮尺寸稳定性高，耐腐耐候性强，阻燃剂渗透均匀阻燃效果好，表面硬度高，纹理显现色泽饱满，生产设备简单，木材出材率高；同时也解决了现有木皮容易发生瓦片变形开裂，解决了速生材木皮容易发生霉变蓝变、容易腐朽的缺陷。
文档编号B27M1/08GK102303336SQ201110174110
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月26日 优先权日2011年6月26日
发明者刘锡丽, 朱林, 潘平 申请人:刘锡丽, 潘平