提高木材浸渍效率的预处理装置和木材浸渍处理方法

提高木材浸渍效率的预处理装置和木材浸渍处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高木材浸渍效率的预处理装置及利用该装置浸渍木材的方法，该装置包括内部具有空腔的木材预处理室、超声波处理系统和预处理液，对待处理木材进行超声波预处理；本发明方法是在常压下先用超声波对待浸渍的木材进行预处理，利用超声波的空化效应打通木材内部流体移动通道，增强待浸渍材的流体通透性，扩大木材内部的有效通道面积，然后再对其进行浸渍处理，将木材浸渍改性剂浸注到木材内部，提高浸渍材的吸药量，增大药剂的渗透深度，缩短浸渍周期，改善浸渍效果。本发明处理装置简单，操作方便，处理工艺条件可控，适宜处理各种木材。
【专利说明】提高木材浸渍效率的预处理装置和木材浸渍处理方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种木材的浸渍处理设备和处理方法，特别涉及一种在常压下提高木 材浸渍效果的处理设备和处理方法，属于木材浸渍处理【技术领域】，包括木材阻燃浸渍处理、 木材防腐浸渍处理、木材染色浸渍处理、木材尺寸稳定性增强浸渍处理等。

【背景技术】
[0002] 木材浸渍就是在一定的工艺条件下（如一定压力，一定时间等），将改性剂（如阻 燃剂，染色剂，防腐剂，尺寸稳定剂等）浸注到木材内部，从而实现木材改性目的的处理方 法，它是木材功能性改良过程中最为重要的工艺环节。对木材进行正确、合理的浸渍处理， 既是保证木材改性质量的关键，又是合理利用木材和节约成本的重要手段。
[0003] 目前，木材浸渍处理方法主要分为常压浸渍法和真空-加压浸渍法两大类。
[0004] 常压浸渍法是在常压下将粘度较低的改性剂溶液，在室温或在加热条件下，将木 材浸没在药液中，浸渍时间长短，取决于木材所需改性程度和木材的浸注性能。常压浸渍法 设备简单，操作简便易行，成本低廉，但它只适用于薄板材，以及渗透性能较好的材质，即木 材纹孔较粗的材质。
[0005] 真空-加压浸渍法是将木材置于高压罐内，先抽成真空，抽掉木材内部的气体， 借助于放真空吸入改性剂药液，然后加压将改性剂药液压入木材内部。该法的浸渍效果 明显优于常压浸渍法，且对于厚板材和渗透性较差的材质也有较好的效果。如申请号为 201210140165. X的中国发明专利申请公开了一种速生材的浸渍方法，该发明方法主要针对 人工速生材进行处理，采用两次烘干、真空和高压浸注相配合的工艺，特别是采用真空的方 法，使木材浸渍液的浸注速度加快，浸渍均匀、有效成份留存量大，经该发明方法处理后的 速生木材虽然保留了木材原有自然属性，还具有阻燃、防腐、抗菌、防白蚁、抗变形、环保、密 度硬度可调等性能，成为天然珍贵树种的理想替代品，可满足家具、实木地板等领域的使用 要求。但其需真空加压设备，包括搅拌罐、贮液罐、耐压处理罐、真空泵、加压泵、控制系统 等，而且真空和加压设备都较复杂，设备昂贵投资大，操作时动力消耗大，工艺复杂，安全性 能差。
[0006] 近年来，国内的一些研究人员从缩短浸渍时间、提高浸渍质量、生产设备小型化、 生产过程自动化的角度，不断地进行探索，提出了很多方法，也申请了一些专利。如专利号 为CN02145544. 9发明专利公开了一种木材处理技术，该发明专利涉及一种木材阻燃处理 工艺，包括选材、配制阻燃液、浸泡、干燥，木材在阻燃液中进行两次超声波浸泡处理工艺， 木材浸入第一阻燃液的过程中，超声处理1?1. 5小时，频率为50?IOOkHz ;接着取出木 材，高温烘干，浸入木材内部的阻燃剂发生聚合反应，然后再浸入第二阻燃液中，超声处理 1. 5?2小时，频率为50?100kHz，第二次超声波处理促进阻燃剂的交联反应；最后取出木 材，烘干。虽然该发明方法处理的木材整体阻燃性能好，产品变形小，工艺处理时间短，成本 低，但是，该发明方法仍仅限于对薄板材（Imm)的处理，而且该方法仍然需要使用浓度较低 的阻燃剂进行浸渍处理，并且需要借助超声波的作用促进阻燃剂的交联反应，提高木材的 阻燃效果，并且对渗透性较差的板材效果甚微；超声波的频率高，能量低，多次长时间的高 频超声波处理会降低板材的力学强度。又如专利CN201020294731. 9 -种蒸汽爆破处理装 置，主要用于木材染色，尤其是硬质木材浸渍染色的预处理，可以使硬质木材形成新的流体 通道，提高其渗透性，有利于对其进行浸渍染色。但是该蒸汽爆破处理装置包括爆破罐，所 述爆破罐由内壁和包围在内壁外面的外壁组成,所述内壁围成所述爆破罐的内腔,所述内 壁和外壁之间的空间为所述爆破罐的夹层；所述爆破罐的一端设置有罐门，在所述爆破罐 上还设置有第一通气口、第二通气口和第三通气口；所述蒸汽爆破处理装置还包括：通过 所述第一通气口与所述内腔相连通的蒸汽加压装置；通过所述第二通气口与所述内腔相连 通的排空装置；通过所述第三通气口与所述夹层相连通的加热装置。其构成复杂，设备成本 高，爆破对设备的要求也较高，且带有一定的危险性，不适宜推广应用。


【发明内容】

[0007] 本发明的目的是针对现有木材浸渍处理工艺中存在的技术问题提供一种提高木 材浸渍效率的预处理装置及利用该装置浸渍木材的方法，本发明的提高木材浸渍效率的预 处理装置结构简单，对待处理木材在常压下进行超声波预处理，超声波的空化效应打通木 材内部流体移动通道，增强待浸渍材的流体通透性，扩大木材内部的有效通道面积，然后再 对其进行浸渍处理，促使木材改性剂（例如阻燃剂、防腐剂、染色剂、尺寸稳定剂、强化剂 等）浸注到木材内部，提高浸渍材的吸药量，增大药剂的渗透深度，缩短浸渍周期，改善并 提高木材的浸渍效果。
[0008] 为实现本发明目的，本发明一方面提供一种提高木材浸渍效果的预处理装置，包 括内部具有空腔的木材预处理室、超声波处理系统和预处理液，其中：
[0009] 所述木材预处理室的内部空腔由隔板将处理室分隔成上下2个独立的空腔，上部 空腔用于放置待预处理木材和储存对木材进行预处理的预处理液；
[0010] 所述超声波处理系统由通过导线连接的超声波发生器和多个超声波换能器组成； 所述超声波换能器设置于所述木材预处理室的下部空腔内，对浸没在预处理液中的木材进 行超声波处理。
[0011] 其中，所述隔板由不锈钢材料制成。
[0012] 特别是，所述隔板设置在木材预处理室的中下部，将木材预处理室分成上下2个 独立的空腔。
[0013] 特别是，所述木材预处理室还包括设置于预处理室顶部的密封盖，用于封闭所述 的木材预处理室。
[0014] 尤其是，所述密封盖上设置有把手，用于掀开或盖上所述密封盖。
[0015] 其中，所述木材预处理室为长方体、正方体、圆柱体或球体形状，优选为长方体或 正方体形。
[0016] 特别是，所述木材预处理室的底部和侧壁封闭，顶端设置可开闭的密封盖。
[0017] 尤其是，所述密封盖与所述预处理室的顶端相匹配，形状与预处理室顶端的形状 相同，其大小与预处理室顶端的大小相适应，用于密封预处理室的顶端。
[0018] 其中，所述超声波换能器固定安装在隔板的下表面。
[0019] 特别是，所述超声波换能器均匀分布在所述隔板的下表面。
[0020] 尤其是，所述超声波换能器紧密贴合在所述隔板的下表面上。
[0021] 特别是，所述超声波换能器的功率为每立方厘米木材上施加的超声波的功率为 1-5W，优选为3W ;所述频率为28-60kHz，优选为40kHz。
[0022] 其中,所述预处理液选择水、碱性溶液或有机溶液。
[0023] 其中，所述碱性溶液的质量百分比浓度为0. 01-10%，优选为1%。
[0024] 特别是，所述碱性溶液选择氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液中的一种， 优选为氢氧化钠溶液。
[0025] 特别是，所述有机溶液选择苯、95 %的乙醇、乙醚中的一种或多种，优选为苯和 95 %的乙醇的混合液。
[0026] 尤其是，所述苯和乙醇的体积之比为I. 5-2. 5 :0. 5-1. 5,优选为2 :1。
[0027] 木材抽提物的含量及分布对木材渗透性影响较大，木材的抽提物按溶剂种类可分 为水抽提物、碱性溶剂抽提物和有机溶剂抽提物三大类，根据待处理木材的各类抽提物含 量大小选择合适的预处理液，有针对性地对木材进行处理，提高处理效率。
[0028] 其中，所述装材件为具有孔隙结构的平板。具有孔隙结构，预处理液能自由流动， 使得待处理木材均匀浸没在预处理液中，与预处理液均匀接触，实现在连续预处理液中对 待浸渍木材的超声波处理，提高预处理效果。
[0029] 特别是，所述木材预处理室还包括至少1个装材件，所述装材件设置在预处理室 的上部空腔内，用于放置待预处理的木材。
[0030] 其中，至少1个装材件设置于所述隔板的上表面。
[0031] 特别是，上下相邻的两层木材之间设置装材件，即上下相邻的两层木材之间放置 装材件，用于将相邻两层木材隔开。
[0032] 其中，所述装材件为具有孔隙结构的平板。
[0033] 特别是，所述具有孔隙结构的装材件的孔隙率为40% -90%，优选为70% -80%， 厚度为5_20mm，优选为8mm。
[0034] 其中，所述木材预处理室还包括压紧件，置于待处理木材的上表面，使得待处理木 材浸没在预处理液内部。
[0035] 特别是，所述压紧件为金属铸件。
[0036] 特别是，所述压紧件长度和宽度分别为装材件长度和宽度的一半，厚度为金属铸 件本身宽度的一半。
[0037] 特别是，所述压紧件放置在待处理木材的上表面，使得待预处理木材始终浸没在 预处理液内部，防止木材漂浮或露出预处理液表面。
[0038] 本发明另一方面提供一种木材浸渍的方法，包括：首先利用上述提高木材浸渍效 率的预处理装置对木材进行超声波预处理，然后对预处理后的木材进行浸渍处理。
[0039] 其中，所述超声波预处理包括如下顺序进行的步骤：
[0040] 1)将待浸渍处理的木材码放在所述装材件上，装入木材预处理室，并将压紧件放 置在待浸渍木材的上表面；
[0041] 2)将预处理液加入到所述木材预处理室的上部空腔中，并将待浸渍处理木材淹 没；
[0042] 3)开启超声波处理装置，通过超声波换能器对待预处理木材进行超声波处理；
[0043] 4)超声波处理结束后，排除预处理液，取出预处理木材，并进行第一次干燥处理， 获得预处理木材。
[0044] 特别是，步骤1)中所述木材的厚度为l_50mm，优选为15-25mm，进一步优选为 20mm ;步骤2)中所述预处理液选择水或碱性溶液或有机溶液。
[0045] 尤其是，所述待浸渍处理的木材的含水率为50% -150%，优选为90% -110%。
[0046] 其中，所述碱性溶液的质量百分比浓度为0. 01-10%，优选为1%。
[0047] 特别是，所述碱性溶液选择氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或碳酸钠溶液中的一种， 优选为氢氧化钠溶液。
[0048] 特别是，所述有机溶液选择苯、95%的乙醇或乙醚中的一种或多种，优选为苯和 95 %的乙醇的混合液。
[0049] 尤其是，所述苯和95%的乙醇的体积之比为1. 5-2. 5 :0. 5-1. 5,优选为2 :1。
[0050] 其中，步骤3)中所述超声波处理过程中超声波换能器的功率为每立方厘米木材 上施加的超声波的功率为1-5W，优选为3W ;所述频率为28-60kHz，优选为28-40kHz，进一步 优选为40kHz。
[0051] 特别是，所述超声波处理时间为20-100min，优选为70-80min。
[0052] 尤其是，超声波处理时间按照木材的厚度计为10-50min/cm，优选为3〇-45min/ cm,进一步优选为35-40min/cm，即如果木材的厚度为1cm，则超声波处理时间为10_50min ; 如果木材厚度为2cm，则超声波处理时间为20-100min ;如果木材厚度为5cm，则超声波处理 时间为 50-250min。
[0053] 其中，步骤4)中所述第一次干燥处理的温度为50_100°C ;干燥时间为30_50h。
[0054] 特别是，所述预处理木材的含水率为0-25%，优选为10% -15%。
[0055] 其中，所述浸渍处理包括：首先，将预处理木材浸泡在木材浸渍液中，进行浸渍改 性处理，木材吸收木材浸渍液；然后，取出吸附了浸渍液的木材，并进行第二次干燥处理，即 得浸渍改性木材。
[0056] 特别是，所述木材浸渍液为木材阻燃剂、防腐剂、染色剂、尺寸稳定剂、强化剂中的 一种或多种。
[0057] 其中，所述浸渍处理时间为30-120min，优选为70-90min。
[0058] 特别是，所述第二次干燥处理的温度为70_140°C ;干燥时间为20_40h ;所述浸渍 改性木材的含水率为0-25%，优选为10% -15%。
[0059] 其中，所述浸渍处理包括：首先，将预处理木材浸泡在木材浸渍液中，对木材进行 超声波浸渍改性处理，木材吸收木材浸渍液；然后，取出吸附了浸渍液的木材，并进行第二 次干燥处理，即得浸渍改性木材。
[0060] 特别是，所述木材浸渍液为木材阻燃剂、防腐剂、染色剂、尺寸稳定剂、强化剂中的 一种或多种。
[0061] 其中，所述第二次超声波处理过程中，超声波处理时间为30-12Omi η，优选为 70_90min。
[0062] 特别是，超声波的频率为28-60kHz，优选为28-40kHz，进一步优选为28kHz。
[0063] 特别是，所述第二次超声波处理是将预处理木材置于上述提高木材浸渍效率的预 处理装置内，加入浸渍液，开启超声波发生器，调节超声波换能器，对浸泡在木材改性浸渍 液中的预处理木材进行超声波浸渍处理。
[0064] 其中，所述超声波换能器的功率为每立方厘米木材上施加的超声波的功率为 1-5W，优选为3W ;所述频率为28-60kHz，优选为28-40kHz，进一步优选为28kHz。
[0065] 特别是，所述超声波处理时间为30-120min，优选为70-90min。
[0066] 尤其是，超声波处理时间按照木材的厚度计为15-60min/cm，优选30-50min/cm， 进一步优选为35_45min/cm，即如果木材的厚度为1cm，则超声波处理时间为15_60min ;如 果木材厚度为2cm，则超声波处理时间为30-120min ;如果木材厚度为5cm，则超声波处理时 间为 75-300min。
[0067] 特别是，所述第二次干燥处理的温度为70_140°C ;干燥时间为20_40h ;所述浸渍 改性木材的含水率为0-25%，优选为10% -15%。
[0068] 本发明在常压下采用超声波对待浸渍处理的木材进行超声波预处理，由于超声波 作用过程中的机械作用产生的搅动和扰动，空化作用过程中产生的局部高温、高压区，以及 由于空化泡闭合后产生局部冲击波，促使木材内抽提物溶出，纹孔膜产生裂隙甚至完全破 裂，使得待浸渍木材内部流体移动通道被打通，增强了待浸渍材的流体通透性，扩大了木材 内部的有效通道面积，经干燥后再对其进行超声波浸渍处理，同样利用超声波的空化效应 促使改性剂浸注到木材内部，提高浸渍材的吸药量，增大药剂的渗透深度，缩短浸渍周期， 改善浸渍效果。
[0069] 本发明的优点体现在以下几个方面：
[0070] 1、本发明的提高木材浸渍效率的预处理装置在特定的液体介质中对待浸渍的木 材进行超声波预处理，利用超声波的空化效应打通木材内部流体移动通道，增强待浸渍材 的流体通透性，扩大木材内部的有效通道面积，能够大幅度提高木材浸渍效果，利用本发明 预处理装置对浸渍处理木材进行超声波预处理，木材增重率达到7. 42 %，而未经预处理的 木材增重率仅为0. 98% -3. 23%。
[0071] 2、本发明的预处理液在超声波处理过程中一方面作为超声波的传播介质，使超声 波能够作用于木材，另一方面作为木材内抽提物的溶剂，溶解抽提物。木材经过超声波预处 理后，渗透性提高，后续木材的干燥速度快，干燥质量高。
[0072] 3、采用本发明的预处理装置处理后的预处理木材内含物减少，将木材内部抽提物 析出，使得很多堵塞的水分通道被打通，有利于后期木材改性剂的吸附和浸渍，木材的增重 率显著提高。
[0073] 4、本发明的木材预处理装置中，超声波的功率，频率可以进行无极调节，适宜处理 各种性质的木材，特别适合于提高内含物较多、透气性差的木材。
[0074] 5、本发明在预处理和浸渍过程中增加超声波处理，其木材的增重率（7. 42% )明 显高于直接浸渍的木材的增重率（0.98% )，这是因为在浸渍处理前对木材进行了预处理， 打通了木材内部的流体移动通道，增加了待浸渍木材的通透性，使得浸渍液更容易进入木 材内部；并且在木材的浸渍处理过程中增加超声波处理，促进了改性剂浸注到木材内部，提 高了浸渍材的吸药量，增大了药剂的渗透深度，缩短了浸渍周期，改善了浸渍效果。
[0075] 6、采用本发明的木材预处理装置浸渍木材的方法特别适用于厚度较厚（彡15mm) 的木材，显著提高了其浸渍效果，缩短了其浸渍周期。经本发明预处理装置处理后的木材与 未使用本发明装置预处理的木材进行浸渍处理相比，其最终的增重率显著提高了，达到相 同增重率的时间显著缩短，提高了浸渍效率，缩短了浸渍周期。
[0076] 7、本发明的预处理设备结构简单，处理方法操作方便，处理过程中工艺控制条件 易控，适合处理各种木材，适宜大规模推广应用。

【专利附图】

【附图说明】
[0077] 图1是本发明提高木材浸渍效率的预处理装置的部分剖视示意图。
[0078] 附图标记说明：1、木材处理室；2、压紧件；3、待浸渍木材；4、装材件；5、超声波发 生器；6、超声波换能器；7、预处理液；8、导线；9、隔板；10、密封盖；11、上部空腔；12、下部 空腔；13、把手。

【具体实施方式】
[0079] 下面结合实例对本发明的提高木材浸渍效率的预处理装置和利用该装置浸渍木 材的方法做进一步详细的说明。
[0080] 本发明实施例中所处理的木材采用杨木（Populus spp.)，其中，杨木来源于广东 联邦家私集团有限公司，平均气干密度〇. 45g/cm3,含水率150±5%。
[0081] 将杨木制成尺寸分别为20-500mm (长度）X 20-200mm (宽度）X 20-60mm (厚度方 向）的木块试样，按照国家标准GB1928 - 91锯切。
[0082] 如图1所示，本发明的提高木材浸渍效率的预处理装置由内部具有空腔的木材预 处理室1、压紧件2、超声波处理系统、装材件4和预处理液7组成。
[0083] 木材预处理室1的内部形成截面为矩形的空腔，空腔的四周和底部封闭，顶部设 置有可开闭的密封盖10。木材预处理室1的内部空腔由不锈钢材料制成的、设置在预处理 室中下部的隔板9将其分隔成上下2个独立的空腔11、12,上部空腔11用于储存预处理液7 和放置待浸渍处理木材3 ;下部空腔12放置多个所述超声波换能器6 ;所述预处理液7由预 处理室1的顶部导入所述的上部空腔11内，并浸没所述的待预处理的木材。将压紧件2放 置于待处理木材的上表面，使得待处理木材浸没在预处理液内部。密封盖10的形状与预处 理室1顶端的形状相同，其大小与预处理室顶端的大小相适应，用于密封预处理室的顶端。
[0084] 本发明实施例中木材预处理室1为横卧的长方体形，内部具有截面呈矩形的空 腔，本发明中木材处理室的形状除了为横卧的长方体形之外，其他任何形状均适用于本发 明，例如圆柱体、球形、立方体形等均适用于本发明。密封盖的顶端设有把手或凹槽，利于密 封盖的开、闭。
[0085] 超声波处理系统包括超声波发生器5和多个均匀分布并固定在所述隔板9下表面 的超声波换能器6,以及连接所述超声波换能器和超声波发生器的导线8,其中，所述的多 个超声波换能器均匀安装在木材预处理室1的隔板的下表面，并固定在隔板9上，也就是说 在预处理室1的隔板的下表面均匀设置若干个相互并联的超声波换能器6,超声波换能器 均匀分布在预处理室的隔板的外壁上；超声波发生器通过导线8与超声波换能器连接，开 启超声波处理系统的电源后，超声波换能器对放置在装材件4上的木材施加超声波，进行 超声波处理。
[0086] 开启超声波发生器之后，超声波换能器将由超声波发生器传递的超声波电信号转 换成声信号，并以预处理室内的处理液为传播媒介对浸泡在预处理液中的木材进行超声波 处理，超声波预处理过程中产生搅动和扰动，空化作用产生的局部高温、高压区，以及由于 空化泡闭合后产生局部冲击波，促使木材内抽提物溶出，纹孔膜产生裂隙甚至完全破裂，使 得待浸渍木材内部流体移动通道被打通，增强了待浸渍材的流体通透性。
[0087] 如图1所示，木材预处理室1的上部空腔11内设置有平板状装材件4,装材件4水 平放置，固定在所述隔板9的上表面，或装材件的左右两端分别与木材预处理室1的上部空 腔的内壁相接触，以便将装材件4支撑在上部空腔内。
[0088] 在装材件4上设置呈孔状或狭缝状通道，例如在装材件上开设小孔、小缝隙等。装 材件4上的孔隙率为40% -90%，厚度为5-20mm。
[0089] 本发明实施例中以装材件4上的孔隙率为80%，厚度为IOmm为例进行说明。 [0090] 利于木材预处理室1上部空腔11内的预处理液7的自由流通和循环，使得待处理 木材均匀浸没在预处理液中，与预处理液均匀接触，实现在连续预处理液中对待浸渍木材 的超声波处理，提高预处理效果。
[0091] 预处理液7储存在木材预处理室的上部空腔11的内部，预处理液浸没待预处理的 木材，预处理液选择水、碱性溶液或有机溶液。
[0092] 本发明中的碱性溶液选择氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或碳酸钠溶液中的一种， 优选为氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的质量百分比浓度为〇. 5-2% ;有机溶液选择苯、95% 的乙醇或乙醚中的一种或多种，优选为苯和95%的乙醇的混合液。处理液在超声波处理过 程中一方面作为超声波的传播介质，使超声波能够作用于木材表面，另一方面作为木材内 抽提物的溶剂，溶解抽提物。木材经过超声波预处理后，渗透性提高，后续木材的干燥速度 快，干燥质量高。
[0093] 压紧件为具有一定重量的金属铸件，并且其上表面带有把手或凹槽，利于拿起或 放下。所述压紧件设置在待预处理木材的上表面，防止木材漂浮或露出预处理液表面，使得 待预处理木材始终浸没在预处理液内部。
[0094] 本发明实施例中的压紧件为具有一定重量且上表面带有把手的长方体金属铸件， 长度和宽度分别为装材件长度和宽度的一半，厚度为金属铸件本身宽度的一半，把手为焊 接在铸件上表面中间位置，高度与铸件厚度一致。
[0095] 实施例1
[0096] 取尺寸为20mm (长度）X 20mm (宽度）X 20mm (厚度）的杨木湿材木段进行超声波 预处理，打通木材内部水分通道，以缩短后续木材浸渍处理的时间和提高浸渍效率。
[0097] 本发明实施例中木材厚度除了 2cm为例之外，其他厚度为0. l_6cm的木材也适用 于本发明，木材厚度优选为I. 5-2cm。
[0098] 1、打开木材预处理室1的顶部的密封盖10,将杨木湿材试样（即待浸渍处理木材 3)放置在固定在木材预处理室1的上部空腔11内部的隔板9上的装材件4的上面，并在杨 木湿材试样的上面设置压紧件2,以防止木材漂浮或露出预处理液表面，使得待预处理木材 始终浸没在预处理液内部；
[0099] 2、将预处理液7从木材预处理室1的顶部导入到预处理室1的上部空腔中，并将 放置在装材件4上的待浸渍处理的木材3淹没，其中，所述预处理液为质量百分比浓度为 1 %的氢氧化钠溶液；
[0100] 本发明实施例中的处理液除了使用质量百分比浓度为1%的氢氧化钠溶液之外， 还可以使用其他碱性溶液，碱性溶液的质量百分比浓度为0. 01-10 %，优选为I %;还可以使 用水或有机溶剂作为预处理液，但由于实验测得该杨木的氢氧化钠抽提物较多，因此本实 施例优选氢氧化钠溶液。
[0101] 3、开启超声波处理系统的电源，对放置在木材预处理室内并浸没在预处理液中的 木材进行超声波预处理；其中，调节超声波的频率为40kHz，超声波换能器的总功率为8W ; 即超声波换能器的功率为每立方厘米木材上施加的超声波的功率为IW ;
[0102] 本发明实施例中木材预处理过程中超声波频率除了 40kHz之外，其他如28_60kHz 也适用于本发明；超声波的功率除了每立方厘米木材上施加的超声波的功率为IW之外，其 他每立方厘米木材上施加的超声波的功率为1-5W也适用于本发明。
[0103] 4、超声波预处理70min后，从预处理室顶部排除预处理液7,取出木材试样，进行 第一次干燥处理，直至干燥至木材的含水率为〇,制得预处理木材，其中第一次干燥处理的 温度为70°C ;干燥时间为40h ;
[0104] 5、将预处理木材放置在固定在木材预处理室1的上部空腔11内部的隔板9上的 装材件4的上面，并在预处理木材的上面设置压紧件2,以防止预处理木材漂浮或露出预处 理液表面，使得预处理木材始终浸没在木材改性剂内部；
[0105] 6、将提高木材尺寸稳定性的木材尺寸稳定剂低分子量的酚醛树脂溶液（木材改 性剂）从木材预处理室1的顶部导入到预处理室1的上部空腔中，并将放置在装材件4上 的预处理木材淹没，酚醛树脂溶液质量百分比浓度为25% ;
[0106] 本发明的木材改性剂除了使用低分子量的酚醛树脂（木材尺寸稳定剂）之外，其 他改性剂（如防腐剂、阻燃剂、染色剂、尺寸稳定剂、强化剂等）均适用于本发明。
[0107] 7、开启超声波处理系统的电源，对放置在木材预处理室内并浸没在预处理液中的 木材进行超声波浸渍改性处理；其中，调节超声波的频率为28kHz，超声波换能器的总功率 为8W，即超声波换能器的功率为每立方厘米木材上施加的超声波的功率为IW ;
[0108] 本发明实施例中木材浸渍处理过程中超声波频率除了 28kHz之外，其他如 28-60kHz也适用于本发明；超声波的功率除了每立方厘米木材上施加的超声波的功率为 IW之外,其他每立方厘米木材上施加的超声波的功率为1-5W也适用于本发明。
[0109] 8、超声波浸渍改性处理60min后，从预处理室顶部排除木材改性剂酚醛树脂溶 液，取出木材，进行第二次干燥处理，直至木材的含水率达到〇%，制得改性木材（即浸渍木 材），其中第二次干燥处理的温度为70-120°C ;干燥时间为20-30h。
[0110] 实施例2
[0111] 除了将预处理木材直接浸泡在质量百分比浓度为25%的酚醛树脂溶液（即木材 改性剂）中，不进行超声波处理，浸渍浸泡Ih后取出木材，进行第二次干燥处理之外，其余 与实施例1相同。
[0112] 实施例3
[0113] 除了步骤3中超声波的频率为28kHz，超声波功率为每立方厘米木材上施加的 超声波的功率为5W，即调节超声波换能器的总功率为40W;步骤4中超声波处理时间为 90min，也就是木材预处理过程中超声波功率为每立方厘米木材上施加的超声波的功率为 5W，超声波预处理时间为90min之外，其余与实施例1相同。
[0114] 实施例4
[0115] 除了将预处理木材直接浸泡在质量百分比浓度为25%的酚醛树脂溶液（即木材 改性剂）中，不进行超声波处理，浸渍浸泡15h后取出木材，进行第二次干燥处理之外，其余 与实施例3相同。
[0116] 对照例1
[0117] 对杨木湿材木段不进行预处理，直接进行浸渍处理，具体操作步骤如下：
[0118] 1、将尺寸为20mm(长度）X 20mm(宽度）X 20mm(厚度）的杨木湿材木段干燥至含 水率为〇(即绝干）后，放置在固定在木材预处理室1的上部空腔11内部的隔板9上的装 材件4的上面，并在干燥的杨木木材的上面设置压紧件2,以防止杨木木材漂浮或露出木材 改性剂表面，使得杨木木材始终浸没在木材改性剂内部；
[0119] 2、将木材改性剂（木材尺寸稳定剂）酚醛树脂溶液（质量百分比浓度为25 % )从 木材预处理室1的顶部导入到预处理室1的上部空腔中，并将放置在装材件4上的干燥的 杨木木材淹没；
[0120] 3、开启超声波处理系统的电源，对放置在木材预处理室内并浸没在酚醛树脂溶液 中的木材进行超声波浸渍改性处理；其中，调节超声波的频率为28kHz ;超声波换能器的功 率为每立方厘米木材上施加的超声波的功率为1W，即调节超声波换能器的总功率为8W ;
[0121] 4、超声波浸渍改性处理60min后，从预处理室顶部排除木材改性剂酚醛树脂溶 液，取出木材，进行干燥处理，直至木材的含水率达到〇%，制得改性木材（即浸渍木材），其 中干燥处理的温度为70-120°C ;干燥时间为20-30h。
[0122] 对照例2
[0123] 对杨木湿材木段不进行预处理，直接进行浸渍处理，具体操作步骤如下：将尺寸为 20mm(长度）X 20mm(宽度）X 20mm(厚度）的杨木湿材木段干燥至含水率为0 (即绝干）后 直接浸泡在质量百分比浓度为25%的酚醛树脂溶液（即木材改性剂）中，不进行超声波处 理，浸泡24h后取出木材，进行干燥处理，直至木材的含水率达到0%，制得改性木材（即浸 渍木材），其中干燥处理的温度为70-120°C ;干燥时间为20-30h。
[0124] 试验例木材增重试验
[0125] 对实施例1-4和对照例1、2处理的木材进行增重率分析，将实施例1-4中经过预 处理并进行第一次干燥处理至绝干的预处理木材称重，获得实施例1-4的预处理木材的绝 干重量（W tl);将实施例1-4中经过浸渍改性处理并进行第二次干燥处理至绝干的改性木材 称重，获得浸渍改性木材的绝干重量（W 1);
[0126] 将对照例1、2未进行浸渍改性处理之前的杨木木材放入干燥箱中烘至绝干，冷却 后称重，获得对照例1、2的未进行任何处理之前的木材试样的绝干重量（W tl);将对照例1、2 制备的浸渍木材置于干燥箱内，干燥至绝干，冷却后称重，获得对照例1、2浸渍木材的绝干 重量（W 1);
[0127] 按照如下公式计算木材的增重率，如表1所示。
[0128] 增重率（％) = (W1-W0VW0
[0129] 表1不同处理木材试样的增重率
[0130]

【权利要求】
1. 一种提高木材浸渍效率的预处理装置，包括内部具有空腔的木材预处理室（1)、超 声波处理系统和预处理液（7)，其中： 所述木材预处理室（1)的内部空腔由隔板（9)将处理室分隔成上下2个独立的空腔 (11、12)，上部空腔（11)用于放置待处理木材和储存对木材进行预处理的预处理液（7); 所述超声波处理系统由通过导线（8)连接的超声波发生器（5)和多个超声波换能器 (6)组成；所述超声波换能器（6)设置于所述木材预处理室的下部空腔（12)内，对浸没在 预处理液中的木材进行超声波处理。
2. 如权利要求1所述的木材预处理装置，其特征是，所述超声波换能器（6)固定安装在 隔板（9)的下表面。
3. 如权利要求1或2所述的木材预处理装置，其特征是，所述预处理液（7)选择水、碱 性溶液或有机溶液。
4. 如权利要求1或2所述的木材预处理装置，其特征是，所述木材预处理室还包括至少 1个装材件（4)，所述装材件（4)设置在预处理室的上部空腔（11)内，用于放置待预处理的 木材。
5. 如权利要求1或2所述的木材预处理装置，其特征是，所述木材预处理室还包括压紧 件（2)，置于待处理木材的上表面，使得待处理木材浸没在预处理液内部。
6. -种木材浸渍处理方法，包括：首先利用如权利要求1-5任一所述木材处理装置对 木材进行超声波预处理，然后对预处理后的木材进行浸渍处理。
7. 如权利要求6所述的木材浸渍处理方法，其特征是，所述超声波预处理包括如下顺 序进行的步骤： 1) 将待浸渍处理的木材码放在所述装材件（4)上，装入木材预处理室（1)，并将压紧件 (2)放置在待浸渍木材的上表面； 2) 将预处理液（7)加入到所述木材预处理室（1)的上部空腔（11)中，并淹没待浸渍处 理木材； 3) 开启超声波处理装置，通过超声波换能器对待预处理木材进行超声波处理； 4) 超声波处理结束后，排除预处理液，取出预处理木材，并进行第一次干燥处理，获得 超声波预处理木材。
8. 如权利要求7所述的木材浸渍处理方法，其特征是，步骤3)中所述超声波处理过程 中，超声波换能器（5)的功率为每立方厘米木材上施加的超声波的功率为1-5W。
9. 如权利要求7所述的木材浸渍处理方法，其特征是，所述浸渍处理包括： 首先，将预处理木材浸泡在木材浸渍液中，进行浸渍改性处理，木材吸收浸渍液；然后， 取出吸附了浸渍液的木材，并进行第二次干燥处理，即得浸渍改性木材。
10. 如权利要求9所述的木材浸渍处理方法，其特征是，所述浸渍处理包括： 首先，将预处理木材浸泡在木材浸渍液中，对木材进行超声波浸渍改性处理，木材吸收 木材浸渍液； 然后，取出吸附了浸渍液的木材，并进行第二次干燥处理，即得浸渍改性木材。
【文档编号】B27K3/02GK104416635SQ201410422717
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】赵紫剑, 何正斌, 杨飞, 沙汀鸥, 伊松林 申请人:北京林业大学