木材、竹材改性处理方法及改性木材、竹材和地板

摘要

本发明提供一种改性木材、竹材及木材、竹材改性处理方法，通过方法处理后的木材和竹材，力学性能基本不变，但却具有很好的耐腐防霉性能，尺寸稳定性好、可加工性好、胶合强度高。该改性处理方法，是把片材浸入具有植物油的热处理罐的液面下，对热处理罐加热，使得植物油温度在130-220℃之间，保温1-3h；放出植物油，取出片材；把片材以压力1-3MPa，温度110-140℃在热压机上热压，热压时间10-20min；将预压后片材浸入装有有机溶剂的反应釜中浸渍1-3h，温度60-80℃，将反应釜中的有机溶剂放出，抽真空30-60min，浸提出片材表面的植物油。本发明还提供了一种具有耐腐、防霉、尺寸稳定性好、具有优良力学性能的地板，其以改性木材、竹材制成。

说明书

技术领域

本发明涉及对木材尤其是杨木、杉木、马尾松和竹材进行处理的方法，以在保持木材、 竹材力学性能的前提下，显著改变其耐腐防霉性能、尺寸稳定性、可加工性、界面胶合性 能。

背景技术

国家“天然林保护工程”与“速生丰产林基地建设工程”的实施，使杨木、杉木、马 尾松等人工速生林成为我国主要的工业用材树种。但由于这些木材生长迅速、密度较小、 强度较低、不耐腐等诸多缺陷限制和降低了它们的应用领域和使用价值。木材热处理是众 多木材改性处理方法中一项较为成熟的改性技术，它是指将木材放入部分或完全隔绝氧气 的条件下，以高温过热蒸汽、氮气、油为传热介质，对木材进行一定时间高温热处理的一 种物理改性方法，已成功应用于地板、家具、建筑装饰用材等领域。

木材油热处理是利用天然油脂和树脂的沸点(高于334℃)比热处理温度(180～220℃) 高的特点，将其作为传热介质，对木材进行热处理，相对于过热蒸气、氮气和水作为传热 介质下进行的热处理，不仅可以显著改善和提高木、竹材的尺寸稳定性和耐腐性能，而且 可获得优良的力学性能，大大提高了木、竹材产品的附加值，扩大了其应用领域。然而， 油热处理材表面和细胞内部均被油脂覆盖和填充，其含油率可达50-80％甚至更高。其过高 的含油量给后期二次加工和使用带来极大的不便，若能在不影响油热处理材性的基础上， 将木、竹材细胞内部“多余”的油从中脱除，不仅可以降低原料成本，还能提高其使用性 能，将具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种木材、竹材改性处理方法，通过该方法处理后的木材和竹材， 力学性能基本不变，但却具有很好的耐腐防霉性能，尺寸稳定性好、可加工性好、胶合强 度高。

本发明所述的木材、竹材改性处理方法，包括下述步骤：a、油热处理：把竹材或木 材的片材浸入具有植物油的热处理罐的液面下，对热处理罐加热，使得植物油温度在 130-220℃之间，保温1-3h；b、把热处理罐中的植物油放出，取出片材；c、预压：把片 材以压力1-3Mpa，温度110-140℃在热压机上热压，热压时间10-20min；d、表面脱油处 理：将预压后的片材浸入装有有机溶剂的反应釜中，设定温度60-80℃，浸渍时间1-3h， 将反应釜中的有机溶剂放出，抽真空30-60min，浸提出片材表面的植物油。

该木材、竹材改性处理方法的有益效果：本发明的方法，通过油热处理能够保留木、 竹材自身强度的前提下赋予木、竹材耐腐、防霉、尺寸稳定性好的特性。预压能够使木、 竹材中的油在片材内部均匀分布，让多余的油溢出。浸提能够对木材、竹材进一步脱油， 尤其是能够对片材外表面和靠近外表面的内部脱油效果较好，以改善木、竹材的界面胶合 性能和后期涂饰性能。

对于步骤a的油热处理，不同的热处理工艺会赋予材料不同的性能，包括物理(尺寸 稳定性)、力学(强度)、耐腐(耐腐等级)性能，可以根据木材或竹材最终使用环境的 不同选用不同的热处理工艺，一般现在对材料进行油热处理的温度范围是在130-220℃之 间，时间1-3h。使用者可根据具体的使用要求选择合适的油热处理工艺。

步骤d的表面脱油处理，是利用植物油与有机溶剂(如乙醇、己烷、丙酮、异丙醇等) 的互溶性质，经过有机溶剂对片材的接触浸渍、真空处理，把油脂浸提出来的工艺方法。 根据使用的有机溶剂、片材的材质等不同，浸泡时间或长或短，一般在1-3h。

由于油热处理会影响界面的胶合(界面难于胶合，或者说胶合强度较低)，板材的胶 合强度就成为重要的评价指标。试验表明，经本发明的预压-有机溶剂浸提联合工艺处理 后，进行胶合板的制备，虽然胶合强度略有下降，但仍可满足要求。本发明同时通过预压 和有机溶剂浸提的联合方法对油热处理后的木材和竹材进行适当的脱油处理，使得竹材和 木材既具有耐腐、防霉、尺寸稳定性好的优点，又具有方便加工、方便胶合的特性，便于 后续片材的利用。

上述的木材、竹材改性处理方法，步骤a结束，在植物油未冷却时，立即将植物油放 出。试验证明，在植物油未冷却时，立即将植物油放出，油热处理后的片材含油量较低。 上述的木材、竹材改性处理方法，步骤a结束，在植物油自然冷却至室温后，再将植物油 放出。试验证明，在植物油自然冷却至室温后，再将植物油放出，油热处理后的片材含油 量较高。由此可以看出，油热处理后片材中绝大部分的植物油油主要来源于油热处理后的 植物油冷却工段，这主要是因为后期植物油冷却过程中反应体系的温度场和压力场发生变 化，植物油在温度和压力梯度的双重作用下进入到片材中。

上述的木材、竹材改性处理方法，所述植物油为大豆油、菜籽油、棉籽油、米糠油、 玉米油、葵花籽油中一种。试验发现，采用何种植物油对片材的各项性能几乎没有影响。

上述的木材、竹材改性处理方法，所述有机溶剂为乙醇、己烷、丙酮、异丙醇中一种。

上述的木材、竹材改性处理方法，步骤a中，植物油温度在170-190℃。

本发明同时提供了一种具有耐腐、防霉、尺寸稳定性好、界面胶合性能优秀、具有优 良力学性能的改性木材、竹材。

本发明的改性木材、竹材，是经所述的改性处理方法处理后而得到的。

本发明同时提供了一种具有耐腐、防霉、尺寸稳定性好、具有优良力学性能的多层复 合地板，可用于花园、阳台、游泳池、露台等户外场所，还可用于厨房、卫生间等室内空 间。

本发明的一种地板，把片材涂胶组坯热压而成，所述片材为经所述的改性处理方法处 理后的片材。该地板是以处理后的片材进行组坯热压，用于对耐腐性能及尺寸稳定性要求 更高的场所。

本发明的另一种地板，包括基材和面层；所述面层为经所述的改性处理方法处理后的 片材。该地板是以处理后片材用于覆面，主要用于对耐腐性能及尺寸稳定性要求不高的场 所。

上述的地板，所述涂胶所用的胶粘剂为酚醛树脂。酚醛树脂作为胶粘剂，该地板可以 用于户外。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步描述。下面所述内容只是本发明在试验中的具体示 例，其所述内容不构成对本发明保护范围的任何限制。

实施例1-3(对竹材的改性)

对竹材的改性处理及性能测试，具体方法如下。

a、把厚度5mm的竹材(片材)浸入装有大豆油的热处理罐的液面下，对热处理罐加 热，使得植物油达到不同的温度(具体见表1)，保温2h；b、在植物油未冷却的情况下 立即把热处理罐中的植物油放出，取出片材；c、预压：把油热处理后的片材以压力1-2Mpa， 温度110-130℃在热压机上热压，热压时间10-20min；d、表面脱油处理：把预压后的片 材放置在装有75℃无水乙醇(分析纯)的反应釜中浸渍2h，然后放出乙醇；对反应釜抽 真空，30min后取出片材，以60℃烘干得到成品，检测成品含油率、力学性能等，具体数 据见表1。

各表中的对照例，是指未经本方法处理的片材，所以其含油率为0％。

实施例4-6(对竹材的改性)

把实施例1-3中的步骤b改为“在植物油自然冷却至室温后，把热处理罐中的植物油 放出，再取出片材”，得到相应的实施例4-6。各实施例的检测数据参见表2。

表1、2中，产品防霉等级测试方法：EN24-06-2008木质产品防霉测试方法；尺寸稳 定性(抗涨率)测试方法：GB/T15780-1995竹材物理力学性质试验方法。从实施例与相 应的对照例的对比，尤其以实施例2、5与对照例1对比，可以看出，竹材经本发明的方 法处理后，提高了竹材的防霉等级和抗弯弹性模量，但对竹材的静曲强度影响不大。

实施例7-12(对木材的改性)

对木材的改性处理及性能测试。具体方法如下。

a、把厚度为20mm的不同的木材(具体见表3)浸入装有大豆油的热处理罐的液面下， 对热处理罐加热，使得植物油达到不同的温度，保温2h；b、在植物油未冷却的情况下立 即把热处理罐中的植物油放出，取出片材，得到油热处理材，测定其含油率、力学性能等， 具体数据见表3；c、预压：把油热处理材以压力1-2Mpa，温度110-130℃在热压机上热压， 热压时间10-20min；d、表面脱油处理：把预压后的片材放置在装有75℃无水乙醇(分析 纯)的反应釜中浸渍2h，放出乙醇，对反应釜抽真空，30min后取出片材，以60℃烘干 得到成品，检测成品含油率、力学性能等，具体数据见表3。

实施例13-18(对木材的改性)

把实施例7-12中的步骤b改为“在植物油自然冷却至室温后，把热处理罐中的植物 油放出，再取出片材”，得到相应的实施例13-18。各实施例的检测数据参见表4。

表3、4中的耐腐等级测试方法：GB/T13942.1-1992木材天然耐久性试验方法木材天 然耐腐性实验室试验方法；尺寸稳定性(抗涨率)测试方法：GB/T1934.2-2009木材湿胀 性测定方法。

从实施例与相应的对照例的对比，尤其以实施例11、17与对照例3对比，以实施例8、 14与对照例2对比，可以看出，杨木、云杉经本发明的方法处理后，提高了木材的耐腐等 级，而且，不但顺纹抗压强度没有降低，反而略有提高。

仅仅更换植物油，如以菜籽油、棉籽油、米糠油、玉米油、葵花籽分别代替各实施例 中的大豆油，或者，仅仅更换有机溶剂，如以己烷、丙酮、异丙醇分别代替各实施例中的 无水乙醇，测试结果均与相应的实施例结果基本相同(相差在3％以内)。

对照例4和实施例19、20(竹地板的制备)

把对照例1、实施例2、5所得的竹片材涂酚醛树脂，涂胶量为200g/m2，然后组坯， 在压力1.5MPa下，热压时间1min/mm，制得竹地板。对其胶合强度进行测试，有关数据参 见表5。由此可以看出，经本发明的方法处理后竹材，对其胶合强度未产生明显影响。

对照例5和实施例21、22(杨木地板的制备)

把对照例3、实施例11、17所得的杨木片材涂酚醛树脂，涂胶量为200g/m2，然后组 坯，在压力0.8MPa下，热压时间1min/mm，制得杨木地板。对其胶合强度进行测试，有关 数据参见表6。由此可以看出，经本发明的方法处理木竹材，对其胶合强度未产生明显影 响。

表5、6中的胶合强度测试方法：GB/T17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验 方法。

本发明中所述含油量测试方法：参照ASTM D1105-96，结合油热处理材高含油率特性， 采用溶剂抽提两步法进行检测。

表1不同处理方法(油不冷却立即放出、浸提2h)对竹材进行处理后的含油率及其力学强度

表2不同处理方法(油冷却后放出、浸提2h)对竹材进行处理后的含油率及其力学强度

表3不同处理方法(油不冷却立即放出、浸提2h)对木材进行处理后的含油率及其力学强度

表4不同处理方法(油冷却后放出、浸提2h)对木材进行处理后的含油率及其力学强度

表5竹地板的胶合强度

表6杨木地板的胶合强度

示例 片材来源 胶合强度(MPa) 对照例5 对照例3 1.03 实施例21 实施例11 0.96 实施例22 实施例17 0.87