本发明公开了一种木材化学软化处理方法，属于木材处理技术领域。
背景技术
木材是人类广为使用的材料之一。随着人们审美观点的不断提高，要求能制造出具有曲线形的木制品。木材是一种聚合物，在通常条件下难以弯曲成型。如能使木材软化，就可以改善它的加工性能，制造出更多人们喜爱的木制品。木材的主要组分为纤维素、半纤维素和木素。它是一种弹性-塑性体，其各个成分均具有玻璃化转变温度，如给子木材一定的水分和温度，就可发生玻璃化转化过程，其机械性质迅速发生变化。虽然纤维素、半纤维素和木素的软化温度在100℃以上，但当它吸收大量水分时，其玻璃化转变温度就会降低。因此可选择某些化学药剂在低温下处理木材，给予木材暂时的柔软性，然后将其加工成所需要的形状，待木材干燥后，即可定型，并恢复原有的刚性和力学强度。
传统的木材软化方法是水热软化，液氨软化，这两种软化方法效果较好，但前者软化程度受到限制，后者对设备的要求高，这对小厂或乡镇企业较难实现。
采用饱和蒸汽进行汽蒸或者热水煮沸，处理时的蒸汽压力、时间，随树种、材料的厚度而定。汽蒸过程中，由于纤维素无定形区分子键上的经基部分形成氢键，部分处于游离状态。游离的经基为极性基团，易于吸附极性的水分子，但这种吸附仅仅局限于无定形区，也就是水只能进入无定形区，而进不到结晶区。因此，汽蒸软化的方法仅使处理材的局部得到软化，弯曲程度受到限制，如果过度提高蒸汽压力，加长处理时间，不仅降低了生产效率、增加了生产成本，而且还会损害木材的力学性能。液氨软化的木材很易成型，并可制成复杂的形状。液氨不仅可进入纤维素的无定形区，而且也能进入到纤维素的结晶区，并形成氨纤维素结晶结构，它将不同的分子键彼此分开，并和纤维素上的经基发生强烈的反应，但它的分子太小，难于溶解纤维素。由于液氨进入结晶区，使得它的软化区域扩大，从而增加了木材软化的效果。但无水液氨是氨在低温下，或在压力下呈液体状态的氮，因此必须在氨本身的蒸汽压下进行浸注。目前传统的木材软化过程采用的水热软化和液氨软化在处理过程中，水热软化时软化程度不高，且容易损害木材力学性能，而液氨软化在处理过程中需要保持氨呈液态，对设备要求较高，且氨气的残留容易引起二次污染的问题，因此还需对其进行研究。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是：针对传统木材软化过程采用的水热软化和液氨软化在处理过程中，水热软化时软化程度不高，且容易损害木材力学性能，而液氨软化在处理过程中需要保持氨呈液态，对设备要求较高，且氨气的残留容易引起二次污染的问题，提供了一种木材化学软化处理方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）将木材切成单板，再将单板用水浸泡后取出，经液氮冷冻和微波解冻循环8～10次，得预处理单板；
（2）将预处理单板超声浸渍于酶解液后取出，恒温加压处理6～8h后，低温烘干，得酶解单板；
（3）按重量份数计，依次取100～200份酶解单板，60～90份份氧化烯烃，50～60份异氰酸酯，8～10份催化剂，先将酶解单板和催化剂混合，再于惰性气体保护下，加入氧化烯烃和异氰酸酯，加热加压反应结束后，将单板取出，得改性单板；
（4）将改性单板用亚麻油和亚油酸混合物浸渍后，热压，冷却，即完成对木材的化学软化处理。
步骤（1）所述木材为杨木、杉木、柳木、橡木、桉木、柚木、酸枝木、花梨木、鸡翅木、胡桃木或香樟木中的任意一种。
步骤（1）所述单板为厚度为1～20mm的单板。
步骤（1）所述液氮冷冻和微波解冻循环为：用液氮冷冻20～40s后，于微波功率为200～300w条件下，解冻10～20min。
步骤（2）所述酶解液是由以下重量份数的原料配制而成：100～200份水，3～5份脂肪酶，2～4份蛋白酶，3～5份淀粉酶，8～10份磷脂，0.2～0.4份氯化钙。
步骤（3）所述氧化烯烃为环氧丙烷或环氧乙烷中的任意一种。
步骤（3）所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯或三甲基己烷二异氰酸酯中的任意一种。
步骤（3）所述催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂中的任意一种。
步骤（3）所述惰性气体为氮气或氩气中的任意一种。
步骤（4）所述亚麻油和亚油酸混合物是由亚麻油和亚油酸按质量比为1：1～10：1混合而成。
本发明的有益效果是：
本发明首先采用液氮冷冻和微波解冻对木材单板进行预处理，在液氮冷冻过程中，木材植物细胞内部和细胞间隙中的水因结冰而发生体积膨胀，在解冻过程中，冰晶重新转换成水进一步向内部孔隙渗透，从而拓宽木材细胞间隙之间的物质扩散通道，另外，在结冰过程中部分细胞细胞壁因体积膨胀发生破裂，从而有利于物质向细胞内部扩散，在后续酶解过程中，通过采用自制酶解液对木材单板进一步酶解处理，使细胞中部分大分子有机质得以水解，生成带有活性的羟基、氨基的小分子物质，在后续反应过程中，其中带有多个活性羟基的小分子物质在催化剂作用下和氧化烯烃以及异氰酸酯发生反应，形成带有氨基甲酸酯基的聚合物，从而将体系中不稳定的易降解的部分有机质转换成对产品体系的柔韧性和弹性具有贡献的聚合物，且该反应的发生在木材的细胞间隙中，因此，形成的聚合物可将木材内部间隙有效填充，在提高产品柔韧性和弹性的同时，使产品的力学性能在原有基础上进一步提升，最终通过亚麻油和亚油酸的作用，进一步弥补体系中的缺陷结构，使产品的力学性能和柔韧性、弹性进一步提升。
具体实施方式
将木材切成厚度为1～20mm的单板，再将单板于水中浸泡6～8h后取出，沥干表面水分后，用液氮冷冻20～40s，再将冷冻后的单板转入微波加热器中，于微波功率为200～300w条件下，解冻10～20min，如此液氮冷冻和微波解冻循环8～10次，得预处理单板；将所得预处理单板浸渍于酶解液中，于超声频率为45～55khz条件下，超声浸渍10～15min后取出，再将超声浸渍后的单板转入高压釜中，于温度为30～35℃，压力为0.6～1.2mpa条件下，恒温加压处理6～8h后取出，再于温度为55～65℃条件下，低温烘干至恒重，得酶解单板；按重量份数计，依次取100～200份酶解单板，60～90份份氧化烯烃，50～60份异氰酸酯，8～10份催化剂，先将酶解单板和催化剂倒入反应釜中，于温度为80～90℃，转速为120～180r/min条件下，搅拌混合10～20min，再以600～800l/min速率向反应釜中通入惰性气体，于惰性气体保护状态下，向反应釜中依次加入氧化烯烃和异氰酸酯，于温度为90～95℃，压力为0.3～0.6mpa条件下，加热加压反应4～6h后，将单板取出，得改性单板；再将所得改性单板浸渍于亚麻油和亚油酸混合物中，于超声频率为40～50khz条件下，超声浸渍20～40min后，取出，再于温度为140～160℃，压力为10～15mpa条件下，热压5～10min，再经自然冷却至室温，即完成对木材的化学软化处理。所述木材为杨木、杉木、柳木、橡木、桉木、柚木、酸枝木、花梨木、鸡翅木、胡桃木或香樟木中的任意一种。所述酶解液是由以下重量份数的原料配制而成：100～200份水，3～5份脂肪酶，2～4份蛋白酶，3～5份淀粉酶，8～10份磷脂，0.2～0.4份氯化钙。所述氧化烯烃为环氧丙烷或环氧乙烷中的任意一种。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯或三甲基己烷二异氰酸酯中的任意一种。所述催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂中的任意一种。所述惰性气体为氮气或氩气中的任意一种。所述亚麻油和亚油酸混合物是由亚麻油和亚油酸按质量比为1：1～10：1混合而成。
实例1
将木材切成厚度为20mm的单板，再将单板于水中浸泡8h后取出，沥干表面水分后，用液氮冷冻40s，再将冷冻后的单板转入微波加热器中，于微波功率为300w条件下，解冻20min，如此液氮冷冻和微波解冻循环10次，得预处理单板；将所得预处理单板浸渍于酶解液中，于超声频率为55khz条件下，超声浸渍15min后取出，再将超声浸渍后的单板转入高压釜中，于温度为35℃，压力为1.2mpa条件下，恒温加压处理8h后取出，再于温度为65℃条件下，低温烘干至恒重，得酶解单板；按重量份数计，依次取200份酶解单板，90份份氧化烯烃，60份异氰酸酯，10份催化剂，先将酶解单板和催化剂倒入反应釜中，于温度为90℃，转速为180r/min条件下，搅拌混合20min，再以800l/min速率向反应釜中通入惰性气体，于惰性气体保护状态下，向反应釜中依次加入氧化烯烃和异氰酸酯，于温度为95℃，压力为0.6mpa条件下，加热加压反应6h后，将单板取出，得改性单板；再将所得改性单板浸渍于亚麻油和亚油酸混合物中，于超声频率为50khz条件下，超声浸渍40min后，取出，再于温度为160℃，压力为15mpa条件下，热压10min，再经自然冷却至室温，即完成对木材的化学软化处理。所述木材为杨木。所述酶解液是由以下重量份数的原料配制而成：200份水，5份脂肪酶，4份蛋白酶，5份淀粉酶，10份磷脂，0.4份氯化钙。所述氧化烯烃为环氧丙烷。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。所述催化剂为氢氧化钠。所述惰性气体为氮气。所述亚麻油和亚油酸混合物是由亚麻油和亚油酸按质量比为10：1混合而成。
实例2
将木材切成厚度为20mm的单板，再将单板浸渍于酶解液中，于超声频率为55khz条件下，超声浸渍15min后取出，再将超声浸渍后的单板转入高压釜中，于温度为35℃，压力为1.2mpa条件下，恒温加压处理8h后取出，再于温度为65℃条件下，低温烘干至恒重，得酶解单板；按重量份数计，依次取200份酶解单板，90份份氧化烯烃，60份异氰酸酯，10份催化剂，先将酶解单板和催化剂倒入反应釜中，于温度为90℃，转速为180r/min条件下，搅拌混合20min，再以800l/min速率向反应釜中通入惰性气体，于惰性气体保护状态下，向反应釜中依次加入氧化烯烃和异氰酸酯，于温度为95℃，压力为0.6mpa条件下，加热加压反应6h后，将单板取出，得改性单板；再将所得改性单板浸渍于亚麻油和亚油酸混合物中，于超声频率为50khz条件下，超声浸渍40min后，取出，再于温度为160℃，压力为15mpa条件下，热压10min，再经自然冷却至室温，即完成对木材的化学软化处理。所述木材为杨木。所述酶解液是由以下重量份数的原料配制而成：200份水，5份脂肪酶，4份蛋白酶，5份淀粉酶，10份磷脂，0.4份氯化钙。所述氧化烯烃为环氧丙烷。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。所述催化剂为氢氧化钠。所述惰性气体为氮气。所述亚麻油和亚油酸混合物是由亚麻油和亚油酸按质量比为10：1混合而成。
实例3
将木材切成厚度为20mm的单板，再将单板于水中浸泡8h后取出，沥干表面水分后，用液氮冷冻40s，再将冷冻后的单板转入微波加热器中，于微波功率为300w条件下，解冻20min，如此液氮冷冻和微波解冻循环10次，得预处理单板；将所得预处理单板浸渍于酶解液中，于超声频率为55khz条件下，超声浸渍15min后取出，再将超声浸渍后的单板转入高压釜中，于温度为35℃，压力为1.2mpa条件下，恒温加压处理8h后取出，再于温度为65℃条件下，低温烘干至恒重，得酶解单板；按重量份数计，依次取200份酶解单板，90份份氧化烯烃，60份异氰酸酯，10份催化剂，先将酶解单板和催化剂倒入反应釜中，于温度为90℃，转速为180r/min条件下，搅拌混合20min，再以800l/min速率向反应釜中通入惰性气体，于惰性气体保护状态下，向反应釜中依次加入氧化烯烃和异氰酸酯，于温度为95℃，压力为0.6mpa条件下，加热加压反应6h后，将单板取出，得改性单板；再将所得改性单板浸渍于亚麻油和亚油酸混合物中，于超声频率为50khz条件下，超声浸渍40min后，取出，再于温度为160℃，压力为15mpa条件下，热压10min，再经自然冷却至室温，即完成对木材的化学软化处理。所述木材为杨木。所述酶解液是由以下重量份数的原料配制而成：200份水，5份脂肪酶，4份蛋白酶，5份淀粉酶。所述氧化烯烃为环氧丙烷。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。所述催化剂为氢氧化钠。所述惰性气体为氮气。所述亚麻油和亚油酸混合物是由亚麻油和亚油酸按质量比为10：1混合而成。
实例4
将木材切成厚度为20mm的单板，再将单板于水中浸泡8h后取出，沥干表面水分后，用液氮冷冻40s，再将冷冻后的单板转入微波加热器中，于微波功率为300w条件下，解冻20min，如此液氮冷冻和微波解冻循环10次，得预处理单板；按重量份数计，依次取200份预处理单板，90份份氧化烯烃，60份异氰酸酯，10份催化剂，先将预处理单板和催化剂倒入反应釜中，于温度为90℃，转速为180r/min条件下，搅拌混合20min，再以800l/min速率向反应釜中通入惰性气体，于惰性气体保护状态下，向反应釜中依次加入氧化烯烃和异氰酸酯，于温度为95℃，压力为0.6mpa条件下，加热加压反应6h后，将单板取出，得改性单板；再将所得改性单板浸渍于亚麻油和亚油酸混合物中，于超声频率为50khz条件下，超声浸渍40min后，取出，再于温度为160℃，压力为15mpa条件下，热压10min，再经自然冷却至室温，即完成对木材的化学软化处理。所述木材为杨木。所述酶解液是由以下重量份数的原料配制而成：200份水，5份脂肪酶，4份蛋白酶，5份淀粉酶，10份磷脂，0.4份氯化钙。所述氧化烯烃为环氧丙烷。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。所述催化剂为氢氧化钠。所述惰性气体为氮气。所述亚麻油和亚油酸混合物是由亚麻油和亚油酸按质量比为10：1混合而成。
实例5
将木材切成厚度为20mm的单板，再将单板于水中浸泡8h后取出，沥干表面水分后，用液氮冷冻40s，再将冷冻后的单板转入微波加热器中，于微波功率为300w条件下，解冻20min，如此液氮冷冻和微波解冻循环10次，得预处理单板；将所得预处理单板浸渍于酶解液中，于超声频率为55khz条件下，超声浸渍15min后取出，再将超声浸渍后的单板转入高压釜中，于温度为35℃，压力为1.2mpa条件下，恒温加压处理8h后取出，再于温度为65℃条件下，低温烘干至恒重，得酶解单板；按重量份数计，依次取200份酶解单板，90份份氧化烯烃，60份异氰酸酯，10份催化剂，先将酶解单板和催化剂倒入反应釜中，于温度为90℃，转速为180r/min条件下，搅拌混合20min，再以800l/min速率向反应釜中通入惰性气体，于惰性气体保护状态下，向反应釜中依次加入氧化烯烃和异氰酸酯，于温度为95℃，压力为0.6mpa条件下，加热加压反应6h后，将单板取出，即完成对木材的化学软化处理。所述木材为杨木。所述酶解液是由以下重量份数的原料配制而成：200份水，5份脂肪酶，4份蛋白酶，5份淀粉酶，10份磷脂，0.4份氯化钙。所述氧化烯烃为环氧丙烷。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。所述催化剂为氢氧化钠。所述惰性气体为氮气。所述亚麻油和亚油酸混合物是由亚麻油和亚油酸按质量比为10：1混合而成。
对比例：郑州某化工有限公司生产的木材软化剂。
将实例1至5所得木材和对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
检测上述软化后的木材的弯曲稳定性，具体检测结果如表1所示：
表1：性能检测表
由表1检测结果可知，本发明处理的木材具有优异的力学性能、柔韧性和弹性。