速生木材通过多效复合改性处理制备强化实木板材的方法

摘要

本发明是一种利用速生木材通过多效复合改性处理制备强化实木板材的方法，包括步骤：1）木材准备；2）改性液调制；3）木材真空加压浸渍处理：4）浸渍木材的干燥固化处理；5）经步骤4）干燥固化后的木材，经尺寸和表面精加工后即制成多效复合改性强化实木板材。优点：采用环保型的防开裂充胀剂与改性抗皱缩预聚体相结合，一方面实现改性液对大尺寸木材全厚度的快速均匀渗透，另一方面实现板材的快速干燥，处理杨木板材硬度和强度可与桦木、橡木等优质木材相当，干燥过程不开裂并能填补板材原有微细缺陷，板材保持原有色泽，防水性、尺寸稳定性、防腐性能均能达到户外级水平。板材可直接用于高档实木地板、家具、门窗、木结构件的制造。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种利用速生木材通过多效复合改性处理制备强化实木板材的方法。属于木材科学、木材加工及人造板技术领域。

背景技术

我国实施天然林保护工程以来，木材供应紧张局势日趋严重，优质大径级木材主要依赖进口。同时我国人工林木材如杨木、杉木、松木、泡桐、桉木等发展迅速，但由于这些木材普遍具有材质松软、强度低、易变性、易腐朽、易变色等各种天然缺陷，使得这些木材及其制品作为户外材不能用于强度和耐老化等性能要求较高的领域，作为室内材不能直接用于高档地板、家具和木制品的制作。因此速生木材的硬化、强化、尺寸稳定化等材性改良技术受到科技、产业界的广泛关注。

传统的松软木材的硬化、强化和尺寸稳定化技术主要包括高温湿热处理、压缩密实化、酚醛、脲醛或密胺树脂浸渍处理、高温炭化处理等。湿热处理和炭化处理均能够改善木材的尺寸稳定性，但木材强度、硬度等力学性能无显著改善；压缩密实化可以显著提高木材力学性能指标，但产品使用过程中厚度尺寸稳定性较差；传统树脂浸渍对改善木材硬度、强度和耐水性均有显著效果，但对厚度较大的实木板材，树脂浸渍难度大、浸渍不均匀、浸渍后干燥过程容易引起板材表面开裂或窝裂，降低产品优等率，而且产品甲醛释放量较高。

发明内容

本发明提出的是一种利用速生木材通过多效复合改性处理制备强化实木板材的方法，其目的旨在克服松软木材传统改性技术的诸多缺陷，通过多效复合改性方法，在提高木材强度、硬度，改善木材尺寸稳定性的同时，赋予木材优良的阻燃、防腐、防虫等性能，使改性木材可以直接用于高档地板、家具、门窗、及户外木结构件的制作，提高速生木材的利用价值，节省热带优质硬木消耗。

本发明的技术解决方案：利用速生木材通过多效复合改性处理制备强化实木板材的方法，包括如下工艺步骤：

1）木材准备：选择杨木、杉木、泡桐、桉木、松木等速生木材，经锯切加工或旋切加工制成一定规格的板材或单板，干燥至含水率为6-16%。

2）改性液调制：改性液由主剂、助剂和固化剂三种组分按100∶（2-30）∶（0.5-5）的质量比混合均匀制成，其中的主剂包括2D树脂即二羟甲基二羟乙基乙烯脲、六羟树脂即六羟甲基三聚氰胺树脂、醚化2D树脂、醚化六羟树脂、尿素甲醛预缩液、三聚氰胺甲醛预缩液的一种或几种的混合物，混合比例不限，混合物的树脂含量为30-60%；其中的助剂包括低分子量的聚乙烯醇、聚乙二醇的一种或两种的混合水溶液，水溶液浓度为5-30%；其中的固化剂包括二价金属离子的水溶性盐，如氯化锌、硝酸锌、氯化镁的一种或几种的混合物。

3）木材真空加压浸渍处理：将步骤一准备好的木材转入真空压力浸渍罐，抽真空，当真空度达到-0.1～-0.09MPa后，保持20-50min，然后快速注入步骤二配置好的改性液，在真空度为-0.1～-0.09MPa下继续保持20-50min,此后加压至0.8～2.0MPa，保持60～180min，缓慢解除内压，将改性液抽出至储罐，开启浸渍罐并取出浸渍后的木材，进入下一步骤。

4）浸渍木材的干燥固化处理：将步骤三处理的木材常温存放0～3天后放入干燥窑或真空干燥箱中进行干燥固化处理，包括低温、中温、高温三个阶段; 低温阶段温度保持在40～70℃干燥12～48h（或在真空干燥箱中真空度为-0.1～-0.09MPa下干燥2～8h），中温阶段温度保持在80～105℃干燥4～12h ，高温阶段保持温度110～130℃固化1～3h。然后冷却出料。

5）经步骤四干燥固化后的木材，经尺寸和表面精加工后即制成多效复合改性强化木。该木材可以直接用于地板、家具、门窗、木构件的制造。

本发明的优点：采用环保型的防开裂充胀剂与改性抗皱缩预聚体相结合，一方面可以实现改性液对大尺寸木材全厚度的快速均匀渗透，另一方面能够实现板材的快速干燥，处理杨木板材硬度和强度可与桦木、橡木等优质木材相当，干燥过程不开裂并能填补板材原有微细缺陷，板材保持原有色泽，防水性、尺寸稳定性、防腐性能均能达到户外级水平。板材可以直接用于高档实木地板、家具、门窗、木结构件的制造。

具体实施方式

利用速生木材通过多效复合改性处理制备强化实木板材的方法，包括如下工艺步骤：

1）木材准备：选择杨木、杉木、泡桐、桉木、松木速生木材，经锯切加工或旋切加工制成规格板材或单板，干燥至含水率为6-16%；

2）改性液调制：改性液由主剂、助剂和固化剂三种组分按100∶（2-30）∶（0.5-5）的质量比混合均匀制成；

3）木材真空加压浸渍处理：将步骤1）准备好的木材转入真空压力浸渍罐，抽真空，当真空度达到-0.1～-0.09MPa后，保持20-50min，然后快速注入步骤2）配置好的改性液，在真空度为-0.1～-0.09MPa下继续保持20-50min,此后加压至0.8～2.0MPa，保持60～180min，缓慢解除内压，将改性液抽出至储罐，开启浸渍罐并取出浸渍后的木材，进入下一步骤：

4）浸渍木材的干燥固化处理：将步骤3）处理的木材常温存放0～3天后放入干燥窑或真空干燥箱中进行干燥固化处理，包括低温、中温、高温三个阶段; 低温阶段温度保持在40～70℃干燥12～48h或在真空干燥箱中真空度为-0.1～-0.09MPa下干燥2～8h，中温阶段温度保持在80～105℃干燥4～12h ，高温阶段保持温度110～130℃固化1～3h，然后冷却出料；

5）经步骤4）干燥固化后的木材，经尺寸和表面精加工后即制成多效复合改性强化实木板材；该实木板材可直接用于地板、家具、门窗、木构件的制造。

所述的步骤2）中改性液的调制过程中添加一定量的氮磷系阻燃剂或季铵盐类防腐剂，其添加量为主剂量的0.5～5%。

所述的步骤2）中的主剂包括2D树脂（二羟甲基二羟乙基乙烯脲）、六羟树脂（六羟甲基三聚氰胺树脂）、醚化2D树脂、醚化六羟树脂的一种、或其中之一与尿素甲醛预缩液、三聚氰胺甲醛预缩液二者之一的混合物，混合物中两种成分的质量比100∶（20～100），混合物的树脂含量为30-60%。

所述的步骤2）中的助剂包括低分子量的聚乙烯醇、聚乙二醇的一种或两种的混合水溶液，混合水溶液中聚乙烯醇和聚乙二醇的质量比为100∶（50～100），水溶液浓度为5-30%。

所述的步骤2）中的固化剂包括二价金属离子的水溶性盐，如氯化锌、硝酸锌、氯化镁的一种或几种的混合物，混合物中各成分比例为1∶1。

实施例

首先向反应釜内加入固体树脂含量为55%的2D树脂100kg，搅拌并依次加入分子量为1000、浓度为30%的聚乙二醇水溶液20kg，磷酸氢二铵2kg，浓度为20%的氯化锌水溶液10kg，搅拌均匀后制成多效改性液备用。

选取气干至平衡含水率的杨木板材，加工成尺寸为1000mm(长)×150mm(宽)×35mm(厚)的试件10件，放入卧室真空压力浸渍釜内；抽真空至-0.09MPa，在真空度为-0.1～-0.09MPa下保持40min，向浸渍釜内注入配制好改性液至改性液将木材试样完全浸没为止；继续抽真空40min；用氮气缓慢加压至压力1.2MPa，保压时间2h，缓慢卸压，放料，取出木材试样。

木材试样常温陈放24h后，放入真空干燥箱中，在真空度为-0.1～-0.09MPa温度为60℃下真空干燥6h，在常压95℃条件下干燥4h, 在120℃条件下干燥2h，至树脂完全固化，制成多效复合改性强化木。

上述多效复合改性强化木经检测各项性能指标如下：密度：0.63g/cm³，含水率：6.3%，静曲强度：84.7MPa，弹性模量：8760MPa，抗压强度：52.8MPa，表面耐磨性（100r）：0.09g，24h吸水厚度膨胀率：2.1%，阻燃等级：B1级。

而未改性杨木为：密度：0.43g/cm³，含水率：10.6%，静曲强度：54.2MPa，弹性模量：5670MPa，抗压强度：34.7MPa表面耐磨性（100r）：0.24g，24h吸水厚度膨胀率：10.5%。