利用天然木材竹材加工废气物制备天然防护剂的方法

摘要

本发明涉及一种利用天然木材竹材加工废气物制备天然防护剂的方法，其步骤是，首先选择一些含有具有可赋予木材天然耐久性或抗生物危害功能的抽提物成分的木材或竹材，利用木材干燥设备对木材或竹材进行干燥，在干燥设备的废气出口连接上废气冷凝回收装置，获得的产物可用作天然防护剂，再利用油水分离装置对废气冷凝回收产物进行分离，去除废水和杂质成分得到可用于天然防护剂的经过分离的产物，也可再利用分离提纯装置对上述产物进一步分离和提纯，得到防腐防霉、驱虫防蚊等更专一化的不同功效的天然化工原料和天然防护剂；利用上述获得各种天然防护剂对木材或竹材及其制品进行涂刷、浸泡和压力浸注等防护处理，达到对木材竹材天然防护的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然防护剂制备的方法，更具体地，是指一种利用木材竹材加工废气物制备天然防护剂的方法。

背景技术

木材是一种人类利用历史悠久、应用广泛的天然材料，也是一种环保节能、倍受人们喜爱的天然材料。木材主要由纤维素、半纤维素和木质素，以及少量抽提物组成。木材抽提物的含量虽不多，但其种类丰富，据国内外专家研究分析木材抽提物含有多元酚类、萜类、树脂酸类、脂类和碳水化合物等700多种有机化合物(彭万喜，朱同林，郑真真等.2004.木材抽提物的研究现状与趋势.林业科技开发，18(5)：6-9)，这些物质不仅与木材的颜色、气味和耐久性等有密切关系，而且，许多化合物可以直接用于香料、杀虫剂、防腐剂、染料、抗氧化剂和活化剂等，具有重要的化工、医用和精细化工的利用价值。木材抽提物可以用水、酒精、苯、乙醇、醚等有机溶剂浸提，也可用稀碱浸提或蒸汽蒸馏等方法提取。然而，由于木材抽提物的含量较少，如果采用上述方法专门收集木材抽提物则会造成非常高的成本。而且，在木材的实际利用过程中，由于木材抽提物会影响木材胶合和纸浆漂白，造成木材胶黏剂和纸浆漂白剂的增加和浪费，因此，长期以来木材抽提物被当作不利成分或者是有害成分。

随着我国加入世界贸易组织和我国经济的快速发展，我国的木材加工业也得到了前所未有的发展。目前，年木材总消耗量超过3.8亿多立方米，是世界第二大木材消耗国，而木材干燥是木材加工过程中最重要的、不可缺少的一个环节之一。然而，木材干燥过程中也会排出大量的废气物，为了降低废气物对环境的污染，目前主要采用废气物焚烧、生物过滤和吸附等方法进行控制，但这些技术和方法不仅需要特殊的设备和措施，增加了大量成本，而且，很难在此过程中获得有价值的回报，因此，废气物一般都未经过处理就被排入大气中，不仅对周围环境造成污染，成为了真正的废气物。因此，对木材加工废弃(气)物的高效控制和回收，甚至将废弃(气)物“变废为宝”将对我国木材加工产业、环境保护和经济发展产生重要的经济效益和社会效益。

目前，市场上的木材和竹材保护剂(也称防护剂)，大部分由化工产品制成，对人体健康和环境危害比较大，虽然，也有许多新型和环保型的木材和竹材保护剂，如一种新型木材防护剂(专利申请(专利)号：200610027709.6)所用的组分为纳米级铜化物和柠檬酸等，如改性壳聚糖金属复合物木材防腐剂及其制造方法(专利申请(专利)号：200810062631.0)利用杀菌性金属盐、壳聚糖、过硼酸及其盐类等制成的新型防腐剂，虽然具有一定环保的功能，但也一定程度上用了对环境有危害的化工产品，且生产成本较高。而一种新型木材防腐剂(专利申请(专利)号：200910147579.3)采用了蛇床、苦参、地肤子和土茯苓等中药配方作为木材防腐剂是具有抗菌、防虫作用，且对木腐菌也具有一定的抑制作用，且完全是绿色环保材料，但所使用的原料为自身具有较高药用价值的中药，因此，生产成本也较高。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是针对木材加工过程中产生木材干燥废气的特点，而提出一种利用天然木材竹材加工废气物制备天然防护剂的方法，在木材干燥过程中采用冷凝装置将木材干燥废气物冷凝，所述冷凝产物由于包含具有防护剂功效的组分，其能用作天然防护剂。然后优选的可以将冷凝产物进行分离，去除废水和杂质成分得到经过分离的天然防护剂产物，利用该产物可以对木材和竹材进行处理达到天然防护目的，也可以进一步对该产物进行提纯，得到防腐、驱虫防蚊、防霉等各种不同功效的天然防护剂和天然化工原料。

为实现上述目的，本发明提供的一种木材和/或竹材防护剂的制备方法包括下列步骤：

(1)利用干燥设备对含有至少一种具有木材和/或竹材防护剂功效的抽提物成分的木材和/或竹材进行干燥；

(2)冷凝回收干燥过程所产生的废气，获得液体产物。

优选的，所述的制备方法还包括：

(3)对冷凝回收获得的液体产物进行油水分离，以去除其中的水分和固体杂质，从而获得经过分离的液体产物。

进一步优选的，所述制备方法还包括：

(4)对经过分离的液体产物进行进一步的分离和提纯，从而获得包含所述至少一种具有防护剂功效的抽提物成分的产物或者具有防护剂功效的抽提物成分的单一组分产物。

木材和/或竹材防护剂功效指的是具有天然耐久性或抗生物危害功能的功效，更具体的包括杀虫、抗菌、防腐、抗氧化、抗紫外和/或耐候等功效。现有技术中，对于木材和竹材的各种抽提物成分和功效已经进行了大量研究，例如可参见“木材抽提物的研究现状与趋势”(彭万喜，朱同林，郑真真等.2004.木材抽提物的研究现状与趋势.林业科技开发，18(5)：6-9)以及“木材对人体健康的保健功效和危害(1)——木材对人体健康的保健功效”(王凯等，2006.木材对人体健康的保健功效和危害(1)——木材对人体健康的保健功效.林产工业，33(1)：665-67)等等文献。本领域技术人员可以根据实际需要选用合适的木材和竹材。

优选的，所述步骤(1)中被干燥的木材和/或竹材选自于樟木、檀香木、日本桧木、红松、杉木、日本柳杉、美洲松、扁柏、雪松、侧柏、檀香木、巴西产香脂苏木、柚木、紫竹、桉木、台湾扁柏、白栎、柏木、檫木、沉香木、翠柏、丁香、东非绿心樟、福建柏、红豆杉、黄连木、黄杨木、苦楝、冷杉、六道木、落叶松、欧洲赤松、辐射松、樟子松、泡桐、铅笔柏、日本柳杉、苏木、台湾杉、乌木、香椿、香红木、银杏、圆柏、枣树、皂荚、桢楠、斑竹、毛竹和香糯竹中的一种或多种。

如上所述的木材和/或竹材防护剂的制备方法中，其中：步骤(1)所述的干燥设备可以为木材加工厂所用的各种干燥设备，包括温度100℃左右的常规干燥设备、干燥温度在100～150℃的高温干燥设备、温度150～240℃的超高温干燥(热处理)设备，干燥工艺可以按正常生产时的工艺进行。

如上所述的木材和/或竹材防护剂的制备方法中，其中：步骤(2)中所述的废气冷凝回收所采用的冷凝回收装置可以与干燥废气排出管直接相接，冷凝装置内部装有冷却介质入口和冷却介质出口，干燥废气经冷凝器冷却后的废气从冷凝后废气排出口排出，冷凝产物从冷凝回收装置的产物排出管排出，得到冷凝产物，还可以在冷凝装置上同时装备回收利用废气物携带的热能装置。

如上所述的木材和/或竹材防护剂的制备方法的步骤(4)中，本领域技术人员可以根据需要分离提纯出不同的期望组分或组分组合物，所述的分离提纯可以采用商业化设备来进行。

本发明还提供了根据上述制备方法所制备的木材和/或竹材防护剂。

对于根据本发明的方法所制备的木材和/或竹材防护剂，使用时，可以采用涂刷、浸泡、压力浸注等多种常规的防护处理方法对木材或竹材及其制品进行防护处理。

因此，本发明还提供了一种木材和/或竹材的防护方法，其特征在于，使用根据上述方法所制备的木材和/或竹材防护剂采用涂刷、浸泡或者压力浸注的防护处理方法对木材或竹材进行防护处理。

木材干燥过程中会产生大量的废气物，而废气物中含有由木材抽提物组成的丰富的化合物，如25～30种α-蒎烯、β-蒎烯和茨烯等萜烯类化合物，以及甲酸、乙酸和丙酸等有机酸，甲醛、乙醛和糠醛等非萜烯类化学成分(McDonald A.G.，P.H.Dare，J.S.Gifford，et al.2002.Assessment of airemissions from industrial kiln drying of Pinus radiata wood.Holz als Roh-undWerkstoff，60(3)：181-190)。因此，本专利结合我国木材加工过程中木材干燥产生废气物的实际情况，利用一种废气物回收和分离处理的方法，将木材加工过程中的废弃物，尤其指木材干燥过程中产生的废气物进行回收利用，利用本专利回收得到的废气物将以液态的形式存在，该产物由于含有天然的香料、驱(杀)虫剂、防腐剂、染料、抗氧化剂和活化剂等成分，不仅可以直接涂饰在木材和竹材表面，达到木材和竹材的天然防护和装饰作用，也可以利用该产物根据需要分离提纯出不同的有效成分，制备出具有专一性或多用途的杀虫、抗菌、防腐、抗氧化、抗紫外、耐候性的天然防护剂。由于该产物来源于天然木材原料中，所以，是一种天然、环保的产品。

本发明与现有技术相比的特点是：近几年，随着我国经济发展、人民生活水平的提高，木材及制品的消费也在迅速增长，目前，我国年木材总消耗量超过3.8亿多立方米，是世界第二大木材消耗国，而木材干燥是木材加工过程中最重要的、不可缺少的一个环节之一，木材干燥时产生的单位废气量虽然不是很多，但是由于我国每一年甚至每一天所进行干燥的木材总量是非常大的。因此，回收并利用木材干燥废气物就具有重要的社会效益和经济价值。本发明充分利用我国的这一情况，并对大量的木材原料进行研究分析，筛选出四十多种含有具有抗生物危害功能的抽提物成分的木材和竹材原料，作为木材干燥废气物回收利用的主要对象，利用废气冷凝装置和冷凝物分离提纯装置得到天然防护剂，并用于木材和竹材及其制品的天然防护，该天然防护剂还可以为医药、化工行业提供廉价且丰富的纯天然原料，真正实现了“变废为宝”，而且，还可以同时回收利用废气物携带的热能，达到了节约能源、保护环境的目的，可以产生巨大的经济效益和社会效益。

本专利是将木材加工废气物“变废为宝”，为天然药物、轻工业和化工产品等提供丰富而廉价的天然原料，而且，还可以同时回收利用废气物携带的热能，达到了节约能源、保护环境的目的，可以产生巨大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为根据本发明的一个具体实施方式的利用天然木材和/或竹材加工废气物制备天然防护剂方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：利用桉树木材干燥废气物制备天然防护剂

1)木材原料的选择

世界森林植物中，有木本植物8000余种，其中乔木占2000多种，但用于传统木材性质研究的乔木树种只数百种。我国木本植物约有7500种，乔木约2500种，但常见用材仅300余种。不是所有木材含有的抽提物都具有天然防护的功能，因此，需要进行研究筛选。

根据前人的研究和文献资料，本发明分析归纳出自身含有具有可赋予木材天然耐久性或抗生物危害功能的抽提物成分的以下常见木材(竹材)树种，如杉木、桉木、台湾扁柏、白栎、柏木、侧柏、檫木、沉香木、柚木、翠柏、丁香、东非绿心樟、福建柏、红豆杉、红松、黄连木、黄杨木、苦楝、冷杉、六道木、落叶松、欧洲赤松、辐射松、樟子松、泡桐、铅笔柏、日本柳杉、苏木、台湾杉、檀香木、乌木、香椿、香红木、银杏、圆柏、枣树、皂荚、樟木、桢楠、紫竹、斑竹、毛竹和香糯竹等木材树种。

对于本专利中所述的木材树种选择，不是狭义上的为了收集木材干燥废气而去购买或采集特定的木材原料，而是指在前期研究和试验的时候进行选择，以确定可以实现利用天然木材竹材加工废气物制备天然防护剂的木材树种(包括竹材)。在实际生产中，如果需要干燥的木材原料为上述木材(竹材)树种时，即可开始利用本发明进行天然防护剂的制备。

在本实施例中，选择了我国南方常见的桉树木材进行试验，将木材原料加工成长1000～1200mm×自然宽×30mm厚的板材。

2)木材干燥及干燥废气的冷凝收集

利用木材干燥设备对桉树木材进行干燥，干燥时的干球温度110～125℃，湿球温度85～95℃，干燥时间30～36h。

在木材干燥设备的废气出口，连接上废气冷凝回收装置，冷凝装置内部装有冷却介质入口和冷却介质出口，干燥废气经冷凝器冷却后的废气从冷凝后废气排出口排出，冷凝产物从冷凝回收装置的产物排出管排出，得到冷凝产物，还可以在冷凝装置上同时装备回收利用废气物携带的热能装置。

3)冷凝物的分离和提纯

利用油水分离装置对废气冷凝回收产物进行分离，去除废水和杂质成分，得到初级的天然防护剂产物，当收集到约500毫升的天然防护剂时，停止收集，并准备对木材或竹材进行防护处理。

利用分离提纯装置还可以对初级天然防护剂产物进一步分离和提纯，以得到不同组分和不同功效的更专一化的天然防护剂和天然化工原料。

4)利用天然防护剂对木材或竹材进行防护处理

对木材或竹材及其制品进行防护处理的技术和方法，可以为涂刷、浸泡、压力浸注等多种常规的防护处理方法。

实施例2：利用天然防护剂进行木材和竹材防霉菌及蓝变菌性能试验

本实施例中所用的天然防护剂是根据实施例1中的第1～3步骤获得，然后再利用天然防护剂对木材和竹材进行处理，检测其防霉菌及蓝变菌性能。

参照国家标准GB/T 18261-2000《防霉剂防治木材霉菌及蓝变菌的试验方法》，将马尾松边材木材样品(50mm×20mm×5mm)和毛竹竹材样品(50mm×20mm×5mm)放入天然防护剂中浸渍3min，然后对防护处理样品的防霉变和防蓝变色性能进行检测。

防霉菌和防蓝变菌效果的评定标准是以样品受木材霉菌或蓝变菌感染后的被害值为评定依据，按标准分为五级：被害值为0指试样表面无菌丝，内部及外部颜色均正常；被害值为1指试样表面感染面积＜1/4，内部颜色正常；被害值为2指试样表面感染面积1/4～1/2，内部颜色正常；被害值为3指试样表面感染面积1/2～3/4，或内部蓝变面积＜1/10；被害值为4指试样表面感染面积＞3/4，或内部蓝变面积＞1/10.

检测结果为：1)对于未处理木材样品，曲霉菌、青霉菌、绿色木霉菌和蓝变菌的被害值达到3或4级，对于天然防护剂处理后的木材样品，其被害值为0或1级；2)对于未处理竹材样品，曲霉菌、青霉菌、绿色木霉菌和蓝变菌的被害值都为4级，对于天然防护剂处理后的竹材样品，其被害值分别为1级。该结果表明，利用木材干燥废气物制备的天然防护剂可以对木材和竹材进行防霉变及防蓝变色处理，而且具有很好的防霉变及防蓝变效果。

实施例3：利用杉木高温干燥废气制备天然防护剂

利用木材高温干燥(热处理)设备分别对桉木和杉木进行了蒸汽法木材热处理。高温干燥处理的主要工艺为：首先逐步升温将木材干燥到绝干，然后再快速升温到160～220℃，处理时间约2～6h，在高温干燥热处理过程中，采用本发明的方法分别在不同温度和处理时间条件下，收集由木材高温干燥废气物制备成的天然防护剂。

实施例4：利用辐射松干燥废气制备萜烯类物质天然防护剂

利用干燥设备对辐射松木材进行干燥，干燥工艺为：干球温度100～120℃，湿球温度70～90℃。利用油水分离装置对废气冷凝回收产物进行分离，去除废水和杂质成分，得到初级的天然防护剂产物，当收集到约500毫升的天然防护剂时，停止收集，然后利用分离提纯装置对初级天然防护剂产物进一步分离和提纯，得到α-蒎烯、β-蒎烯、莰烯等萜烯类物质。其中，α-蒎烯是一种天然精油，有特殊的化学活性，是合成樟脑、合成香料、合成树脂、医药和其它有机合成工业的原料，可用作合成樟脑、龙脑及紫丁香香料的原料。β-蒎烯主要用于香料生产，是合成β-蒎烯树脂和生产维生素E等的重要原料之一。精制的β-蒎烯可用于日化香精的调配和为其它工业品的加香。