一种木材改性处理设备、改性方法及改性木材

摘要

本发明公开一种木材改性处理设备、改性方法和改性木材，本发明的改性设备包括处理室、冷凝组件、冷凝监测组件、装材组件和改性蒸汽组件，其中，冷凝组件和冷凝监测组件设置处理室上部，且冷凝监测组件位于冷凝组件的下方；装材组件设置在处理室的中部或中上部；改性蒸汽组件设置在处理室的下部。改性蒸汽组件产生的蒸汽穿过木材，携带的从改性原料中抽提的利于身心健康的被木材吸收，制得改性木材。本发明设备结构简单，操作方法简单，绿色环保，以木材加工废料和中药材为改性物料对木材直接进行保健改性处理，对低质木材进行改性处理，提高低质木材的价值；而且提高了木材改性效率，木材改性效果好，改性木材利于使用者身心健康。

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高木材性能的处理方法，特别涉及一种提高木材保健功能的方法，属于木材改性领域。

背景技术

专利申请201610734509.8涉及功能性木材处理技术领域，尤其是一种保健木材的加工处理方法，首先制备中草药成份的保健液，将木材的表层刨除，然后将木材间隔的放置在密闭的房间内，将保健液雾化后喷入房间内，同时往房间内喷入高温空气，滴落在地表的保健液收集后再次雾化喷入房间内，至保健液消耗完全。本发明所得到的一种保健木材的加工处理方法，将保健液雾化，在高温空气的配合下，使得保健液能快速的渗透进入木材内部，效率高，而且无需浸泡，确保木材的牢度不受影响，提高木材品质。本专利采用制备保健液，然后进行处理，工艺较复杂，而且无法实现自动化控制。

专利申请201510826684.5公开了一种保健椅，包括基座、靠背和发热层三个部分，基座由木材制成，其上方设置有发热层；靠垫位于发热层上方；基座与发热层之间填充隔热材料；发热层与靠垫之间填充有高导热性材料。本发明结构简单，操作便利，对人体有保健作用。本保健材主要通过结构改进，而且不能释放出对人体有用的物质。

专利申请201510669153.X一种保健木写字台，包括写字台腿、写字台面板和围板，其特点是在写字台面板内开有横向通孔，横向通孔的两端在写字台面板的端面上成开口状作注入口，写字台腿内开有竖向深孔，竖向深孔的上端与写字台面板内的横向通孔相通，写字台围板内开有平向通孔，平向通孔的两端与竖向深孔相通。它解决了保健木质写字台长期使用后，木材内的有益物质成分损失保健功效降低的问题，广泛适应家庭等场所使用。本木材主要是保留有用物质，而不能对不好木材进行改性。

专利申请201610322777.9涉及一种具柏木气味的杉木家具板材的加工方法，首先，将外购的杉木板材送入木材干燥窑喷蒸处理；其次，建造熏蒸房间，预留用以外接烟管的排烟安装孔；搭建固定架与水泥槽；所述熏蒸房间采用向外开的双开门结构的开关门，所述开关门经密封处理并加装玻璃观察孔；不间断熏蒸24小时～48小时；最后，熄灭余火，降温至室温后，取出砂光，得到具柏木气味的杉木家具板材。本发明工艺流程简单，成本低廉，可以得到具柏木气味的杉木家具板材，生产出可直接使用的具有保健、防病功能的家具及家庭装修用材，能够全面提升家具及装修材料的科技含量和产品附加值，具有广阔的发展前景。本发明采用熏蒸的方式，而且将烟排入大气中污染环境，同时，烟能够从柏木数枝中带出的东西少，具有处理时间长，效果不佳等特点。

专利申请201610287841.4公开了一种红木古典家具的制作生产方法，选择红木原木，高温去皮、干燥，将干燥后的红木进行调直分类打捆；再经过冷压防蛀、设计分类、弯曲磨光、组装成型即得红木古典家具。本发明保证木材中水分脱除的前提下最大限度地保留了红木木材中大量有益于人类身体健康的成分，从而真正发挥在日常使用红木家具时的保健功能。本发明采取高温熏蒸的办法，彻底杀死深藏的蛀虫，精挑细选，经过去皮、蒸煮、干燥、造型等一系列工序做成家居、办公、休闲、户外的工艺品和艺术品，省时省力，适于工业化生产，既有实用价值，又有观赏价值。本专利是保留了木材原有的特性，而不能实现对其他材料的改性。

专利申请201520484505.X公开了一种环保健康门，包括有木门本体和门框，门框镶嵌在墙体，木门本体的一侧与门框铰连，木门本体为实木材料，在门框与木门本体撞击的位置设置有缓冲部，木门本体和门框表面均覆有植物油层，植物油层设置为木蜡油。其所具有的特点为结构坚固，不易变形，且具有隔音效果。另外还具有不排放苯等有害材料，绿色环保，有益使用者身心健康的特点。本专利采用木蜡油，成本较高，工艺复杂。

上述木材改性方法在一定程度上制得具有保健性的木材，但分别采用熏蒸、制取处理液再处理等方法，这些方法具有污染环境、工艺复杂、应用范围较窄、不能实现自动控制等缺陷。针对这些问题，本发明提供了一种适用于木废料、中药材等物质对木材进行预处理，通过水蒸气蒸馏，将被处理物质内的有用物质带出，并以蒸汽的形式扩散进入木材内部，实现木材改性，提高低质木材的价值。

发明内容

本发明的目的是针对现有木材改性处理制备具有保健功能的改性木材的过程中存在改性处理设备和工艺复杂、改性效率低、污染环境等技术缺陷，提供一种利用水蒸气蒸馏对木材进行改性的改性设备、改性木材和木材改性处理方法，本发明的设备结构简单，改性处理方法操作简便易行，且绿色环保，以木材加工废料和中药材等为改性物料对木材直接进行保健改性处理，对低质木材进行改性处理，提高低质木材的价值；而且提高了木材改性效率，木材改性效果好，利于使用者身心健康。

为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种木材改性处理设备，包括内部具有空腔的处理室、冷凝组件、冷凝监测组件、装材组件和改性蒸汽组件，其中，所述冷凝组件和冷凝监测组件设置处理室上部，且冷凝监测组件位于冷凝组件的下方；所述装材组件设置在处理室的中部或中上部；所述改性蒸汽组件设置在处理室的下部。

其中，所述处理室的内部形成截面为矩形的空腔，并且空腔的四周和底部封闭，顶部设置有可开闭的密封盖。

特别是，所述处理室的内部空腔由不锈钢材料制成。

其中，所述冷凝组件包括进水管、冷凝本体、出水管和固定冷凝本体的一对冷凝固定支架，其中冷凝本体整体呈平板状，包括一根进布水管、多根冷凝管、一根出布水管；进水管和出水管设置在处理室的外部，冷凝本体设置在处理室内部，且进水管与冷凝本体的进布水管相连通，出水管与冷凝本体的出布水管相连通；所述冷凝固定支架固定在所述处理室相对的内壁上，相互平行。

特别是，所述冷凝本体在处理室内部倾斜放置，倾斜角度为0-10°，优选为5-8°，即冷凝本体与处理室底面的夹角为0-10°，优选为5-8°。

尤其是，所述冷凝本体的冷凝管在处理室上部倾斜放置，倾斜角度为0-10°，优选为5-8°，即冷凝管与处理室底面的夹角为0-10°。

特别是，所述冷凝管平行间隔排列，且冷凝管与进布水管、出布水管相垂直，冷凝管的一端与进布水管相连接，且内部相互连通，另一端与出布水管相连接，且内部相互连通。

其中，所述1对冷凝固定支架分别固定安装在处理室的相对的两侧的内壁上，并且，其中一个支架的安装位置低于另一个支架的安装位置。

特别是，所述安装位置低的冷凝固定支架与所述进布水管可拆卸固定连接；安装固定位置高的冷凝固定支架与所述出布水管可拆卸固定连接。

其中，所述进布水管和出布水管分别与所述冷凝固定支架可拆卸固定连接，分别设置在所述冷凝固定支架的上部，靠近处理室的相对的两侧内壁，并且进布水管低于出布水管，即进布水管的固定位置低于出布水管的固定位置。进布水管与出布水管一高一低布置，使得冷凝本体在处理室内呈倾斜状态。

特别是，所述进布水管与出布水管形成平面，所述形成的平面倾斜于处理的底面，与处理室底面之间的夹角为0-10°。

其中，所述冷凝液监测组件包括连通器、冷凝液温度传感器、冷凝液导出管和导出阀，其中，连通器设置在处理室内壁上，其一端位于处理室的外部，为连通器的外端部；另一端位于处理室内部，为连通器的内端部，且位于所述冷凝组件的下方并靠近所述冷凝组件的底部；并且连通器外端部的顶端高于连通器内端部的顶端。

特别是，所述冷凝液温度传感器设置在连通器内，用于测定冷凝液温度；所述冷凝液导出管设置在连通器外端部的下部，用于排出连通器收集的冷凝液，导出管位于处理室外部；所述导出阀设置在导出管上。

尤其是，所述连通器的外端部的顶端高于所述内端部顶端3-5cm。

其中，所述装材组件包括木材支撑板、固定木材支撑板的装材支架、分隔待处理木材的隔条，其中，所述木材支撑板以可拆卸连接方式固定在装材支架上；所述装材支架固定安装在处理室的相对的两侧壁上，且相互平行。

特别是，所述木材支撑板为平板状，其上具有多个供蒸汽自由流动的蒸汽通孔。

尤其是，所述木材支撑板为网状结构。

其中，所述改性蒸汽组件包括改性物料、提取溶剂和加热器，其中，所述改性物料浸没在所述提取溶剂中；所述加热器固定安装在处理室的底部或/和处理室下部四周，对改性物料和提取溶剂进行加热。

特别是，所述改性物料选择能释放具有医疗或/和保健功能成分的植物材料。

尤其是，所述改性物料选择能够通过水蒸气蒸馏提取法抽提出其含有的具有医疗或/和保健功能成分的植物材料。

本领域中现有已知的通过提取溶剂尤其是水进行抽提，获得具有保健或/和医疗功能成分的植物材料，均适用于本发明，例如红木、沉香木、楠木、苏木，以及药用植物(例如中草药)或其他可以提取香薰成分的植物(例如玫瑰、茉莉、薰衣草等)等。

其中，所述改性物料选择红木、银杏、梓树、苏木、沉香木、楠木；尤其是红木、银杏、梓树、苏木、沉香木、楠木的加工剩余物、碎料等。

其中，所述改性物料选择药物植物。

特别是，所述改性物料选择医药典籍中记载的中草药，例如白芷、连翘、栀子、薰衣草、玫瑰花、薄荷、广藿香等。

特别是，所述改性蒸汽组件还包括液位计和排液管，其中，排液管设置在处理室侧壁的底部，与处理室内部连通，用于将改性处理后的溶液排出处理室；所述液位计固定设置在处理室的外侧壁，其下端与处理室的下部相连通，其上端与大气连通，液位计由高分子透明塑料制成，用于观察处理室内加入的水量。

尤其是，所述排液管上设置排液阀。

本发明另一方面提供一种利用上述木材改性处理设备对木材进行改性处理的方法，包括如下顺序进行的步骤：

1)首先测定待改性处理木材的密度ρ₀；接着按照木材密度与单位厚度木材处理时间的对应关系，初步确定待改性处理木材进行改性处理预计最长改性处理时间T_估计；然后测定待处理木材的总质量；

2)将改性物料和提取溶剂装填至所述处理室的下部，其中所述提取溶剂浸没所述改性物料；

3)将待改性木材码垛于装材组件上部，并且相邻待改性木材之间通过隔条彼此分开；

4)将冷凝组件固定安装在处理室上部，通入冷凝水；

5)开启加热器，对装填在处理室下部的改性物料和提取溶剂加热，进行加热回流处理，改性物料中的有益健康的保健成分随着水蒸气的蒸发，渗透至待改性木材内部，被木材吸收，对木材进行改性处理；

其中：改性处理过程中，从加热开始时计算实际改性处理时间T_实际，且每隔0.5-1h测定冷凝液监测组件中冷凝液的密度ρ_介和冷凝液的温度t_介；接着按照公式A计算在温度为t_介时水的密度ρ；然后比较冷凝液和水密度差|ρ_介-ρ|，如果当T_实际<T_估计时，|ρ_介-ρ|≤1‰，则停止加热，结束改性处理；如果当T_实际＝T_估计时，|ρ_介-ρ|>1‰，则停止加热，结束改性处理，其中公式A如下：

ρ＝0.99996+3.01×10^-5t-6.34×10^-6t²+1.93×10^-8t³

公式A中t为t_介。

其中，步骤1)中所述木材密度与单位厚度木材处理时间的对应关系如下：

1A、如果待处理木材的密度ρ_木≤0.4，则单位厚度木材的改性处理时间为3-4h/cm，即每厘米厚度木材的改性处理时间为3-4h；

1B、如果待处理木材的密度0.4<ρ_木≤0.6，则单位厚度木材的改性处理时间为4-6h/cm，优选为5h/cm，即每厘米厚度木材的改性处理时间为4-6h；

1C、如果待处理木材的密度0.6<ρ_木≤0.8，则单位厚度木材的改性处理时间为6-8h/cm，优选为7h/cm，即每厘米厚度木材的改性处理时间为6-8h；

1D、如果待处理木材的密度0.8<ρ_木≤1.0，则单位厚度木材的改性处理时间为8-10h/cm，优选为9h/cm，即每厘米厚度木材的改性处理时间为8-10h；

1E、如果待处理木材的密度1.0<ρ_木，则单位厚度木材的改性处理时间为10-12h/cm，优选为11h/cm，即每厘米厚度木材的改性处理时间为10-12h，其中待处理木材密度ρ_木单位为：g/cm³。

特别是，步骤2)中所述改性物料与待改性木材的质量之比为0.8-1.2：1；所述提取溶剂与所述改性物料的质量之比为2-5:1。

其中，步骤2)中所述改性物料选择选择能释放具有医疗或/和保健功能成分的植物材料。

特别是，所述改性物料选择能够通过水蒸气蒸馏提取法抽提出其含有的具有医疗或/和保健功能成分的植物材料。

本领域中现有已知的通过提取溶剂尤其是水进行抽提，获得具有保健或/和医疗功能成分的植物材料，均适用于本发明，例如红木、沉香木、楠木、苏木，以及药用植物(例如中草药)或其他可以提取香薰成分的植物(例如玫瑰、茉莉、薰衣草等)等。

尤其是，所述改性物料选择红木、银杏、梓树、苏木、沉香木、楠木；尤其是红木、银杏、梓树、苏木、沉香木、楠木的加工剩余物、碎料等。

尤其是，所述改性物料选择医药典籍中记载的中草药，例如白芷、连翘、栀子、薰衣草、玫瑰花、薄荷、广藿香等。

特别是，还包括步骤2A)，将所述改性物料粉碎成直径≤6cm的碎料后，在装入处理室。

尤其是，粉碎后的改性物料碎料的直径为1-6cm，优选为1-3cm。

其中，步骤1)中所述待改性木材选择含水率为5-20％的气干材。

特别是，所述待改性木材的含水率优选为8-12％。

特别是，步骤5)中如果当T_实际<T_估计时，|ρ_介-ρ|≤1‰，则停止加热，结束改性处理；如果当T_实际<T_估计时，|ρ_介-ρ|>1‰，则继续加热，继续改性处理；如果当T_实际＝T_估计时，|ρ_介-ρ|>1‰，则停止加热，结束改性处理。

本发明有一方面提供一种按照上述任一所述方法制备而成的改性木材。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、将木材加工行业中的木废料，如红木加工剩余物，农林生产过程中的一些中药材进行利用，不仅仅变废为宝，还减少了污染。

2、处理过程中，以水蒸气为介质，安全环保。

3、采用水蒸气蒸馏，能将改性物料内部的很多物质带出，并与蒸汽一块蒸发，蒸汽扩散速率大，能很快进入待处理木材内部，效率高。

4、改性处理过程中，直接将待处理木材放置在改性物料的上面，相比传统的先提取后改性的过程，免去提取过程，中间损失小，工艺简单，处理效果好。

5、本发明方法的木材经过汽蒸处理，其尺寸稳定性可进一步提高。

附图说明

图1为本发明木材改性处理设备结构示意图；

图2为图1中沿A-A线的剖视图；

图3为冷凝组件的结构示意图；

图4为冷凝液监测组件的连通器结构示意图；

图5为木材支撑板结构示意图。

附图标记说明

1、处理室；11、密封盖；2、冷凝组件；21、进水管；211、冷凝水阀门；22、冷凝本体；221、进布水管；222、冷凝管；223、出布水管；23、出水管；24、冷凝固定支架；3、冷凝监测组件；31、连通器；311、连通器外端部；312、连通器内端部；32、冷凝液导出管；33、导出阀；4、装材组件；41、木材支撑板；411、蒸汽通孔；42、装材支架；43、分隔待处理木材的隔条；5、改性蒸汽组件；51、改性物料；52、提取溶剂(水)；53、加热器；54、液位计；55、排液管；56、排液阀；6、待改性处理木材

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂、设备、仪器等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

如图1、2所示，本发明木材改性处理设备由内部具有空腔的处理室1、冷凝组件2、冷凝监测组件3、装材组件4和改性蒸汽组件5组成，其中，所述冷凝组件和冷凝监测组件设置处理室上部，且冷凝监测组件位于冷凝组件的下方；装材组件设置在处理室的中部或中上部；改性蒸汽组件设置在处理室的下部。

木材处理室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11。木材处理室的内部空腔由不锈钢材料制成。密封盖的形状与处理室1顶端的形状相同，其大小与处理室顶端的大小相适应，用于密封处理室的顶端。

冷凝组件2固定安装在处理室的上部，包括进水管21、冷凝本体22、出水管23和固定冷凝本体的1对冷凝固定支架24。冷凝本体整体呈平板状，包括进布水管221、多根冷凝管222、出布水管223，进布水管、多根冷凝管和出布水管在同一平面内，如图2、3所示。冷凝管平行间隔排列，且冷凝管与进布水管、出布水管相垂直，冷凝管的一端与进布水管相连接，且内部相互连通，另一端与出布水管相连接，且内部相互连通。进水管和出水管设置在处理室外部，冷凝本体(即进布水管、冷凝管、出布水管)设置在处理室内部；进水管与冷凝本体的进布水管相连接，出水管与冷凝本体的出布水管相连通，将冷凝水(通常为温度较低的自来水)引入处理室上部，冷凝改性处理蒸汽。进水管上设置控制冷凝水通断的冷凝水阀门211。

1对冷凝固定支架分别固定安装在处理室的相对的两侧的内壁上，相互平行，通常选择支架座、搭台、角铁、挂钩等，其中一个冷凝固定支架设置在处理室的一侧的内壁上，与所述处理室的侧壁平行，另一个冷凝固定支架设置在处理室的与前一个冷凝管相对的另一侧的内壁上，与所述处理室的侧壁相平行。1对冷凝固定支架分别与冷凝本体的进布水管、出布水管可拆卸固定连接。1对冷凝固定支架中的中一个冷凝固定支架的安装位置低于另一个冷凝固定支架的安装位置，其中，安装固定位置低的冷凝固定支架与所述冷凝本体中的进布水管可拆卸固定连接，安装固定位置高的冷凝固定支架与所述冷凝本体中的出布水管可拆卸固定连接。

本发明实施例中可以将冷凝本体的进布水管、出布水管直接搁置在冷凝固定支架上，也可以通过挂钩将冷凝本体的进布水管、出布水管连接、固定，

冷凝固定支架安装在进布水管、出布水管的下部，用于支撑、固定进布水管、固定出布水管。

冷凝管在处理室上部倾斜放置，倾斜角度为0-10°，即冷凝管与处理室底面的夹角为0-10°；进布水管和出布水管分别与冷凝固定支架固定连接，靠近处理室的相对的两侧的内壁，进布水管位于处理室的一侧，与所述处理室的侧壁平行，出布水管位于处理室与进布水管相对的另一侧，与所述处理室的侧壁相平行。并且进布水管的位置低于出布水管的位置，使得进入冷凝管内的自来水从低处向高处流动，以提高冷凝换热效率。进布水管与出布水管形成的平面倾斜于处理的底面，与处理室底面之间的夹角为0-10°。冷凝管倾斜，利于冷凝液回流至处理室底部。进布水管与出布水管一高一低布置，使得冷凝本体在处理室内呈倾斜状态。

进水管、出水管、冷凝管、进布水管、出布水管由不锈钢管制成，并且冷凝管、进布水管、出布水管采用焊接方式连接成一体，内部连通，形成冷凝水流动通道。

通常，进布水管和出布水管；一对冷凝固定支架沿着处理室的纵向或横向方向的侧壁设置，本发明实施例中以沿着处理室的纵向方向设置为例进行说明，并且冷凝固定支架选择挂钩，通过焊接方式固定在处理室内壁。

如图2、4，冷凝液监测组件3，用于收集冷凝后凝结在冷凝管下端的冷凝液，以方便测定处理室内经过冷凝组件冷凝后的冷凝液的特性。

冷凝监测组件包括连通器31、冷凝液温度传感器(图中未示出)、冷凝液导出管32和导出阀33，其中：连通器固定安装在设置进布水管一侧的处理室的侧壁上，且位于进布水管的下部，收集经冷凝管冷凝后，凝结至冷凝管底端的冷凝液。连通器的一端位于处理室的外部，为连通器的外端部311；另一端位于处理室内部，为连通器的内端部312，连通器内端部位于进布水管的下方并靠近进布水管的底部，即靠近冷凝管的底部，收集冷凝组件冷凝后凝结并流至进布水管处的冷凝液。连通器外端部的顶端高于连通器内端部的顶端，通常外端部的顶端高于内端部顶端3-5cm，确保冷凝液收集到一定量后，可以从连通器的内端部溢流回到处理室底部。

冷凝液温度传感器设置在连通器内，用于测定冷凝液温度；冷凝液导出管设置在连通器外端部的下部，用于排出连通器收集的冷凝液，导出管位于处理室外部；导出阀设置在导出管上。

装材组件4包括装木材支撑板41、固定木材支撑板的装材支架42、分隔待处理木材的隔条43，木材支撑板与处理室底面相平行，且木材支撑板以可拆卸连接方式安装在装材支架上。待改性处理木材6码垛于木材支撑板上，如图1、2。

如图2，装材支架固定安装在处理室的相对的两侧，且相互平行，通常选择支架座、搭台、角铁，挂钩等，例如通过焊接方式固定在处理室内壁。木材支撑板为平板状，其尺寸与处理室的尺寸相匹配，其上具有多个供蒸汽自由流动的蒸汽通孔411，木材支撑板上供蒸汽流动的孔可以是任意形状，通常木材支撑板由不锈钢制成，呈网状结构，如图4，利于水蒸气穿过。木材支撑板为网状结构，通过挂钩将支撑板勾住并固定，或将支撑板搁置在支架座、搭台、角铁上，实现可拆卸连接。待处理木材6放置在木材支撑板的上部，待处理木材之间放置隔条43，将待处理木材隔开，利于待处理木材的每个部位都能与改性处理蒸汽接触。

改性蒸汽组件5设置在处理室的下部，包括改性物料51、提取溶剂52和加热器53，改性物料浸没在提取溶剂(通常选择水)中；加热器固定安装在处理室的底部或/和处理室下部四周，对改性物料和提取溶剂进行加热，通常采用电加热、蒸汽加热，本领域中现有已知的加热方式均适用于本发明。加热器对水和改性物料进行加热，使得改性物料中利于人体的物质释放的水中，随着水的蒸发，被木材吸收，对木材进行改性，获得具有保健作用的木材。例如红木、沉香木等木材或/和中草药中的对人身体有益的物质在热水中释放，在随着水蒸气蒸发，带出，带有对人体有益物质的水蒸气流经待改性处理木材，对人体有益物质被木材吸收，将红木及中药材中的物质渗透到待处理木材中

改性物料选择能释放具有医疗或/和保健功能成分的植物材料，特别是，选择能够通过水蒸气蒸馏提取法释放具有医疗或/和保健功能成分的植物材料。

所述植物材料选择木本植物材料、草本植物材料。

所述木本植物材料选择红木、苏木、沉香木、楠木等，通常选择红木、苏木、沉香木、楠木等木材加工剩余物的碎料、废弃物，利于废物利用。

所述草本植物材料选择具有医疗或/和保健功能的药用植物，通常选用医药典籍中记载的中草药，例如白芷、连翘、栀子、薰衣草、玫瑰花、薄荷、广藿香等。

从改性物料转给你能提取和释放有益身心健康的物质成分，特别是可以通过水蒸气蒸馏提取的方法释放有益身心健康的物质成分。

所述改性材料选择具有医疗、保健作用的植物材料，特别是，能在水中释放具有医疗、保健作用成分的植物材料，尤其是，能通过水蒸气蒸馏提取具有医疗、保健作用成分的植物材料，例如红木、苏木、沉香木、楠木等或者中草药，通常选择红木、苏木、沉香木、楠木等木材加工剩余物的碎料、废弃物，利于废物利用。中草药选择本领域中(通常为医药典籍)现有已知的有益身心健康的，具有医疗、保健作用的药用植物

改性蒸汽组件还包括液位计54和排液管55，排液管设置在处理室侧壁的底部，与处理室内部连通，用于将改性处理后的溶液排出处理室；排液管上设置排液阀56；液位计固定设置在处理室的外侧壁，其下端与处理室的下部相连通，其上端与大气连通，液位计由高分子透明塑料制成，用于观察处理室内加入的水量。

本发明木材改性处理设备的工作原理如下，即改性处理方法如下：

1、测定待改性木材的初始密度、质量，并初步确定木材最长改性处理时间T_估计

1.1从待改性木材材堆中抽取出具有代表性的木材3-12份(优选9份)，并分别测定每份木材的质量m和体积V，按照密度计算公式，计算每份木材的密度，并取平均值，得到待改性处理木材的初始密度ρ₀；

1.2计算并确定木材最长改性处理时间T_估计

根据表1给出的木材密度与单位厚度木材改性处理时间的对应关系，初步确定待改性木材进行改性处理所需的最长预计时间T_估计，T_估计按照如下公式计算：

T_估计＝h×τ

其中，T_估计为待改性木材改性处理预计时间，h；h为待改性木材的厚度，cm；τ为每厘米厚度木材改性处理时间，h/cm。

表1木材密度与木材改性处理时间对应关系表

待处理木材密度(g/cm³)单位厚度处理时间τρ≤0.43-4h/cm0.4<ρ≤0.64-6h/cm0.6<ρ≤0.86-8/cm0.8<ρ≤1.08-10/cm1.0<ρ10-12/cm

1.3称量待处理木材的质量m_木

2、装入改性物料

2.1将改性物料粉碎至直径小于6cm(优选为3-6cm)后装入处理室底部，其中改性物料与待改性木材的质量之比为0.8-1.2:1(优选为1:1)，即改性物料的质量为m_改，其中：m_改：m_木＝(0.8-1.2):1(优选为1:1)。

其中，改性物料为紫檀、酸枝等红木、银杏、梓树、苏木、沉香木、楠木等能释放出对人体有好处物质的木材碎料，中药材如白芷、连翘以及其他医药宝典上记载的对人体有用的中药材，由于改性物料为纯天然的生物质材料，具有提神、醒脑、芳香、愉悦、预防疾病和保健等作用和好处。

2.2向处理室内加入提取溶剂(优选为水)，其中提取溶剂的质量与改性物料的质量之比为3:1(通常为2-5:1)，使得提取溶剂浸没改性物料。

3、码垛、装材处理

将装材支架与木材支撑板连接，使木材支撑板固定于装材支架上，(本发明实施例中将木材支撑板钩挂在装材组件挂钩上)，然后将待处理木材码垛于木材支撑板上，木材的层数为5-8层，一层木材一层隔条，相邻木材之间间隔，利于木材全方位吸收改性蒸汽；

其中，木材为气干材，含水率为8-12％(优选为12％)，防止木材含水量过高，影响处理药剂的吸入，含水率过低，可能导致木材内部纹孔等水分通道闭塞，从而减少木材的吸收改性剂的能力。

4、安装冷凝组件

将冷凝本体22分别与进水管21和出水管23相连接，均为不锈钢材质，采用可拆卸连接方式连接；然后将冷凝本体搁置在冷凝固定支架上，冷凝本体的进布水管、出布水管分别固定在冷凝固定支架上，即将冷凝本体的进布水管、出布水管分别挂在冷凝固定支架挂钩上，使得冷凝组件固定安装在处理室的上部，且在竖向方向上，进布水管低于出布水管的高度，使得冷凝本体于处理室底部平面倾斜5°(通常为0-10°)。

5、改性处理

开启加热器43，并同时向冷凝组件中通入冷凝水，加热器加热提取溶剂(优选为水)至沸腾，将改性物料煮沸，让水分将改性物料中的具有医疗或/和保健功能成分(即有益身心健康的有用物质)带出，当水蒸气流过待处理木材的时候，水蒸气和带出的有机物等渗透进入待处理木材进而进行改性，其中，在改性处理过程中，从加热开始时计算实际改性处理时间T_实际，每隔0.5-1h收集并测定冷凝液监测组件中的冷凝液的密度ρ_介和冷凝液温度t_介；并按照公式A计算在温度为t_介时水的密度ρ；然后比较冷凝液和水的密度差|ρ_介-ρ|，公式A如下：

ρ＝0.99996+3.01×10^-5t-6.34×10^-6t²+1.93×10^-8t³

其中，公式A中t为t_介；

如果当T_实际<T_估计时，|ρ_介-ρ|≤1‰，则停止加热，结束改性处理；

如果当T_实际<T_估计时，|ρ_介-ρ|>1‰，则继续加热，继续改性处理；

如果当T_实际＝T_估计时，|ρ_介-ρ|>1‰，则停止加热，结束改性处理。

当|ρ_介-ρ|≤1‰说明液体的密度跟水相似，停止处理。

冷凝液的密度测量采用直接测量，从连通器中取出液体后称取质量为m_介，体积为V_介，密度为ρ_介＝m_介/V_介；冷凝液温度由冷凝液监测组件的温度传感器直接测定。6、冷却降温、结束处理

降温，当处理室内介质温度低于40℃的时候，关闭冷凝水，取出冷凝器和改性处理的木材，打开排液管排水，取出改性物料废料。

本发明的改性处理过程中判断改性处理时间，首先从加热开始计时，当实际改性处理时间T_实际小于待改性处理木材改性处理所需要的预计时间T_估计时；|ρ_介-ρ|>1‰，证明冷凝液里面还有改性物料释放出来的物质，继续进行改性处理；直至|ρ_介-ρ|≤1‰，则停止加热，结束改性处理；当实际改性处理时间T_实际等于待改性处理木材改性处理所需要的预计时间T_估计时；|ρ_介-ρ|≤1‰，则停止加热，结束改性处理；如果|ρ_介-ρ|>1‰，但是实际改性处理时间已经达到预计处理时间，则停止加热，结束改性处理，即只要根据待改性木材的密度，只要达到了预计处理时间，不管冷凝液里面是否还有有用物质，都停止处理。

本发明实施例中选用气干材进行改性处理，待改性木材制成尺寸为1000-4000mm(长度)×5-60mm(厚度)×100-200mm(宽度)的试样，初始含水率约为8-12％的气干材。试材按照国家标准GB1928－91锯切。

本发明实施例中通常选择气干材杉木、杨木、桉木等速生材或需要进一步提升品质的珍贵材，如水曲柳、楸木和榉木等。木材的长度、宽度小于本发明处理室的长度、宽度或与本发明处理室的尺寸相适应。

实施例1：

本实施例以含水率为10％(通常为8-12％)的杉木气干材为待处理材，杉木材的尺寸为2000mm(长度)×20mm(厚度)×200mm(宽度)，以红木企业的酸枝等红木加工剩余物为改性物料，希望通过本实施例，将红木中的有用物质注入到杉木中，对杉木进行改性，将红木生产过程中产生的废料进行充分利用，让杉木具有红木的某些形状和保健功能，从而也对人体产生益处。

本发明实施例中以处理室一次可以处理0.5m³的木材为例进行说明。本发明实施例中的待改性木材除了杉木之外，还可以选用桉木、杨木、松木等木材，也可以是其他硬阔叶材如水曲柳，柞木，柚木等木材。

1、测定待改性木材的初始密度和质量、初步确定最长改性处理时间T_估计

1A、从待处理杉木中取具有代表性的杉木材9块，并测量每块木材的体积和称量其质量，按照密度公式计算每块木材的密度，然后取平均值，得到待改性木材的密度为0.385g/cm³；

1B、根据表1，待改性木材的初始密度0.385g/cm³(小于0.4g/cm³，处理时间为3-4h/cm)，木材的厚度为20mm，则预计最长改性处理时间为6-8h，确定为7h。

1C、称量处理室一次改性处理木材的质量m_木，待处理材的质量为193kg；

2、装填改性物料

首先：将红木企业的酸枝等红木加工的剩余物粉碎成直径为2-3cm(通常为0-6cm)的碎料；接着：打开处理室顶部的密封盖，将改性物料碎料装入处理室底部，其中，加入处理室底部的改性物料碎料的质量为193kg，即改性物料的质量与待改性木材的质量之比为1:1(通常为0.8-1.2:1)；然后：关闭排液管后向处理室内加水并浸没红木碎料，其中，加入的水的质量为579kg，即水与改性物料的质量之比为3:1(通常为2-5:1)；

3、码垛、装材处理

将木材支撑板与装材支架固定连接，使得木材支撑板固定于装材支架上，(本发明实施例中将木材支撑板钩挂在装材组件挂钩上)，然后将待改性处理杉木材码垛于木材支撑板上，杉木之间采用隔条(木条、钢条和铝条均可)隔开，保证杉木的每个地方都能与水蒸气接触；

本发明实施例中待改性杉木材为气干材，其含水率为10％(通常为8-12％)，选择含水率为8-12％的气干材，既可以避免了待改性木材含水量过高，影响处理药剂的吸入，又可以避免由于木材含水率过低，导致木材内部纹孔等水分通道闭塞，减少了木材对改性处理蒸汽的吸收能力。

4、安装冷凝组件

将冷凝本体22分别与进水管21和出水管23相连接，然后将冷凝本体搁置在冷凝固定支架上，即将冷凝本体的进布水管、出布水管分别固定在冷凝固定支架上，本发明实施例中将进布水管、出布水管分别挂在冷凝固定支架挂钩上，使得冷凝组件固定安装在处理室的上部，且在竖向方向上，进布水管低于出布水管的高度，使得冷凝本体于处理室底部平面倾斜5°(通常为0-10°)；

5、改性处理

5A、开启加热器43，并打开冷凝水阀门(附图中未示出)，向冷凝器内通入冷凝水，加热至沸腾，热水将改性物料(即红木碎料)中的抽提物(如对人体有裨益的物质“芬多精”)溶解出来，并随着水蒸气的蒸发而形成改性蒸汽，当改性蒸气流过待改性处理木材的时候，水蒸气和其中携带的抽提物(有机物等)渗透进入待处理木材进而对木材进行改性处理；同时水蒸气在处理室上部冷凝回流，加热产生的改性蒸汽冷凝后回流至处理室；其中在改性处理过程中，从加热开始计时，即从加热开始计算实际改性处理时间(T_实际)，每隔0.5h(通常为0.5-1.0h)测定冷凝液监测组件连通器内的冷凝液的密度ρ_介和温度t_介；

5B、根据测定的冷凝液的温度t_介，按照公式(1)计算冷凝液温度为t_介时对应的水的密度ρ，公式(1)如下：

ρ＝0.99996+3.01×10^-5t-6.34×10^-6t²+1.93×10^-8t³(1)

公式(1)中t为测定的冷凝液温度t_介；

5C、当实际改性处理时间T_实际<7h，比较冷凝液与水的密度差，若|ρ_介-ρ|>1‰，则继续加热，进行改性处理；若|ρ_介-ρ|≤1‰，则停止加热，结束改性处理；

例如：当加热0.5h后，测定连通器内冷凝液的密度ρ_介＝0.95g/cm³，连通器内冷凝液温度t_介＝80℃；

按照公式(1)，计算温度为80℃时水的密度：

ρ＝0.99996+3.01×10^-5×80-6.34×10^-6×80²+1.93×10^-8×80³＝0.972g/cm³；

|ρ_介-ρ|＝|0.95-0.972|＝0.022＝22‰＞1‰

继续处理，当处理5h的时候，测定连通器内冷凝液的密度ρ_介＝0.964g/cm³，连通器内冷凝液温度t_介＝90℃；

按照公式(1)，计算温度为90℃时水的密度：

ρ＝0.99996+3.01×10^-5×90-6.34×10^-6×90²+1.93×10^-8×90³＝0.965g/cm³；

|ρ_介-ρ|＝|0.964-0.965|＝0.001＝1‰＝1‰

此时虽然才处理5h没有达到最长改性时间T_估计(7h)，但是由于处理液中的浓度与水的浓度达到了1‰，停止加热，改性结束。

6、冷却降温处理

停止加热，待处理室内温度自然冷却至40℃(通常为≤40℃)后，关闭冷凝水，取出冷凝组件和改性处理的木材，打开排液管排水，取出改性物料废料。

实施例2

本实施例以含水率为11％的杨木气干材为待处理材，尺寸为1500mm(长度)×10mm(厚度)×150mm(宽度)，并将实施例1中的改性物料红木加工剩余物换成中药材白芷，其他处理过程一样。改性物料中药材除了白芷之外，其他药用植物均适用于本发明，并且中药材可以是单味也可以是多味中药材的混合物。

1、测定待改性木材的初始密度和质量、初步确定最长改性处理时间T_估计

与实施例1相同，测定的杨木气干材的密度ρ_木为0.42g/cm³；根据表1，杨木材的密度处于0.4与0.6之间，改性处理时间为4-6h/cm，杨木厚度为1cm，预计最长改性处理时间为4-6h，确定为6h；处理室一次改性处理木材的质量m_木为98kg；

2、装填改性物料

首先：将改性物料中药材白芷粉碎成直径为1-3cm(通常为0-6cm)的碎料；接着，打开处理室顶部的密封盖，将改性物料碎料装入处理室底部，其中，加入处理室底部的改性物料碎料的质量为78.4kg，即改性物料的质量与待改性木材的质量之比为0.8:1；然后：关闭排液管后向处理室内加水并浸没中药材白芷碎料；其中，加入的水的质量为156.8kg，即水与改性物料的质量之比为2:1；

3、码垛、装材处理

除了待改性木材为含水率为11％的杨木气干材之外，其余与实施例1相同；

4、安装冷凝组件

除了冷凝本体于处理室底部平面倾斜10°之外，其余与实施例1相同；

5、改性处理

在改性处理过程中，除了热水将改性物料(即中药材白芷)中的抽提物(如对人体有裨益的物质)溶解抽提出来，并随着水蒸气的蒸发而形成改性蒸汽；每隔0.8h测定冷凝监测组件的连通器内的冷凝液的密度ρ_介和温度t_介；然后，根据测定的冷凝液的温度t_介，按照公式(1)计算温度为t_介时对应的水的密度ρ，其中，处理至6h后，测定连通器内冷凝液的密度ρ_介＝0.955g/cm³，连通器内冷凝液温度t_介＝93℃；

按照公式(1)，计算温度为93℃时水的密度：

ρ＝0.99996+3.01×10^-5×93-6.34×10^-6×93²+1.93×10^-8×93³＝0.9634g/cm³；

|ρ_介-ρ|＝|0.955-0.9634|＝0.0084＝8.4‰＞1‰

虽然冷凝液与水的密度差|ρ_介-ρ|仍然>1‰，但是由于实际处理时间达到了最长预计处理时间T_估计(6h)，停止加热之外，其余与实施例1相同；

6、冷却降温处理

除了处理室内温度自然冷却至35℃(通常为≤40℃)之外，其余与实施例1相同。

实施例3

本实施例以含水率为12％的榉木气干材为待改性处理材，尺寸为4000mm(长度)×40mm(厚度)×200mm(宽度)，以砍伐的沉香木的加工剩余物为改性物料。

1、测定待改性木材的初始密度和质量、初步确定最长改性处理时间T_估计

与实施例1相同，测定的榉木气干材的密度ρ_木为0.79g/cm³；根据表1，榉木材的密度处于0.6与0.8之间，改性处理时间为6-8h/cm，榉木厚度为4cm，预计最长改性处理时间为24-32h，确定为29h；一次改性处理的木材的质量m_木为106kg；

2、装填改性物料

除了将改性物料沉香木加工剩余物粉碎成直径为1-3cm(通常为0-6cm)的碎料；加入的改性物料碎料的质量为116.6kg，即改性物料与待改性木材的质量之比为1.1:1(通常为0.8-1.2:1)；加入的水的质量为318kg，即水与改性物料的质量之比为3:1(通常为2-5:1)之外，其余与实施例1相同；

3、码垛、装材处理

除了待改性木材为含水率为12％的榉木气干材之外，其余与实施例1相同；

4、安装冷凝组件

除了冷凝本体于处理室底部平面倾斜8°之外，其余与实施例1相同；

5、改性处理

在改性处理过程中，除了热水将改性物料(即沉香木碎料)中的抽提物(如对人体有裨益的物质)溶解抽提出来，并随着水蒸气的蒸发形成改性蒸汽；每隔1h(通常为0.5-1.0h)测定冷凝监测组件连通器内的冷凝液的密度ρ_介和温度t_介；然后，根据测定的冷凝液的温度t_介，按照公式(1)计算温度为t_介时对应的水的密度ρ，其中，处理至29h后，测定连通器内冷凝液的密度ρ_介＝0.955g/cm³，冷凝液温度t_介＝94℃；

按照公式(1)，计算温度为94℃时水的密度：

ρ＝0.99996+3.01×10^-5×94-6.34×10^-6×94²+1.93×10^-8×94³＝0.9705g/cm³；

|ρ_介-ρ|＝|0.957-0.9705|＝0.0135＝13.5‰＞1‰

虽然冷凝液与水的密度差|ρ_介-ρ|仍然>1‰，但由于实际改性处理时间达到了确定的预计最长改性处理时间T_估计(27h)，停止加热之外，其余与实施例1相同；

6、冷却降温处理

其余与实施例1相同。