一種利用電子加速器輻照及加壓技術改性木材的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用電子加速器輻照及加壓技術改性木材的方法，屬于提高速生豐產木材性能領域?？朔F有木塑復合材料，未規(guī)?；a，過程繁瑣、不易操作的問題。通過將刨光打磨光滑后速生木材烘干，并將烘干木材放入密封罐體中進行抽真空作業(yè)，保持抽真空作業(yè)，將有機制劑吸入密封罐體，對密封罐體進行加壓操作，取出加壓浸漬后的速生木材，用電子束加速器對木材進行輻照操作。該方法可用于提高速生木材的各項力學性能，而且價格低廉、投資小、無附加毒性。
【專利說明】一種利用電子加速器輻照及加壓技術改性木材的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于木材改性方面，涉及一種利用電子加速器輻照及加壓技術改性木材的方法，屬于提高速生豐產木材性能領域。
【背景技術】
[0002]我國是世界木材及木制品的生產消費和進出口大國，據統(tǒng)計2007年我國木材使用量為2.8億立方米，2010年木材需求量達到3.2億立方米。每年缺口木材及木制品約I億立方米，需要耗資200億美元進口木材和林產品以補不足。隨著林產品市場需求的不斷增加，木材資源供應嚴重不足的形勢異常嚴峻，并將在一定程度上影響我國整個國民經濟的發(fā)展。另外，世界各國都在強調生態(tài)保護，對林業(yè)政策進行調整，加強天然林的保護，限制天然林的采伐和原木、鋸材的出口，加大木材走私的打擊力度，使我國需要進口的大徑級材和名貴家具用材供應量日益減少。依靠進口木材填補我國木材需求缺口的方式越來越困難。因此，大力開展速生豐產木材深加工技術的研究與推廣應用，通過改善速生豐產木材的性能，在提高速生豐產木材的附加值的基礎上，拓寬速生豐產木材的應用領域，逐步減少對天然針葉和闊葉木材進口的依賴，是一項利國利民的重要工作。
[0003]速生豐產木材以生長周期短，成材率高，經濟效益好為顯著特點。目前，我國人工速生林面積與木材積蓄量居世界第一,主要品種有楊木、柳木、樺木、泡桐和桉木等。然而，速生木材與天然針葉木、闊葉木相比，普遍存在著樹種種類少、材質差、易腐朽蟲蛀等缺點，無法滿足高檔次木材加工業(yè)的要求，應用價值與經濟價值低下。因此，以基于物理、化學原理的新技術對速生木材進行改良，使其接近或部分達到優(yōu)質天然木材的性能，是世界發(fā)達國家重點研究的【技術領域】之一。
[0004]美國木材輻射加工(木塑復合材料)起源于上世紀60年代中葉，地板是主要產品。該產品以硬度高、耐磨而著稱。從1990年至2000年，在木塑復合材料領域，美國市場增長率都保持在10%以上。2002年，北美和歐洲消費的木塑復合材料達到68萬噸，并以14%和19%的速度增長，遠遠高于同期塑料工業(yè)的總體增長率。到2011年，美國木塑需求達到約54億美元。目前，美國有多家大公司采用輻射法制備木塑復合材料產品。
[0005]我國對木塑復合材料的研究始于20世紀50、60年代，截至2005年年底，中國直接從事木塑復合材料研究開發(fā)、生產的企事業(yè)單位已逾150家，從業(yè)人員數萬人，木塑制品年產量已接近10萬噸，年產值可超過8億元人民幣。但目前我國工業(yè)化生產的主要是木纖維等與塑料混合后擠出或模壓成型的木塑復合材料，輻射浸潰整塊木板并未規(guī)?；a。而木纖維等與塑料混合擠出或模壓成型技術與輻射浸潰整塊木板相比過程繁瑣、不易操作。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明在于克服上述不足，提供一種利用電子加速器輻照及加壓技術改性木材的方法，該方法能顯著提高速生木材的各項力學性能，而且價格低廉、投資小、易于操作、無附加毒性。[0007]輻照技術是利用電子加速器(0.2MeV?IOMeV)產生的電子束或放射性同位素(Cs-137或Co-60)產生的Y射線的能量轉移給被輻照物質，電離輻射作用到被輻照的物質上，產生電離和激發(fā)，釋放出軌道電子，形成自由基，發(fā)生交聯、聚合、接枝等效應，控制輻照條件，可以使被輻照物質的物理性能和化學組成發(fā)生相應變化并能顯著改變其外在表現性倉泛。
[0008]本發(fā)明方法就是通過向速生木材中注入可控量的浸潰劑、偶聯劑、增溶劑等有機制劑，利用自主開發(fā)的高能電子束輻照工藝所產生的交聯、聚合、接枝等效應，促進有機制劑本身和有機制劑與木材纖維之間各種化學反應，在材料中形成穩(wěn)定的網絡結構，在保持天然木材屬性的基礎上，使表征木材的密度、硬度、耐磨度、色度、吸水性、耐腐蝕性與外觀等特性明顯提高。根據實際需求，通過調整有機制劑的種類、比例和高能電子束輻照工藝，使制備的改性速生木材接近或部分達到優(yōu)質木材甚至是高檔木材(如紅木等)的品質。
[0009]本發(fā)明的目的是這樣實現的:把速生木材刨光打磨光滑，烘干至含水率10%左右，將烘干木材放入密封罐體中進行抽真空作業(yè)，待真空度達到一定值時保持20min。打開閥門將一定濃度的有機制劑吸入密封罐體，至試劑完全覆蓋木材。對密封罐體進行加壓操作，至一定值，保壓一定時間。打開密封罐蓋，回收剩余試劑，取出加壓浸潰后的速生木材，擦干木材表面殘留試劑，用電子束加速器對木材進行一定劑量的輻照操作。把輻照后的木材在通風處放置兩星期左右，放入烘箱中一定溫度烘干，得到改性木材成品。流程如附圖1所示。
[0010]經過浸潰輻照處理后的速生木材，各項力學性能都得到極大的提升，與未做處理的木材相比，順紋抗壓性能可提升80%左右，氣干密度可提升150%左右，徑面硬度、弦面硬度均可提升200%左右，抗彎彈性模量和抗彎強度提升10% -30%。所選速生木材為楊木、柳木、樺木、泡桐、桉木、松木等，價格低廉，生長快，成才早。所選浸潰液為丙烯酸環(huán)氧樹月旨、不飽和聚酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸丁醋、丙烯腈、丙烯酰胺、環(huán)氧乙烷聚合物、馬來酸酐、多官能團交聯劑中一種或幾種混合。輻照劑量取20kGy-100kGy。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]附圖1為本發(fā)明利用電子加速器輻照改性木材的方法流程圖【具體實施方式】
[0012]實施例一:選取無明顯質量瑕疵楊木塊，取7個平行樣，切割成300mmX20mmX20mm小木塊，刨光打磨光滑，放入烘箱烘至含水率10%左右，放入密封罐體，用石塊固定，進行抽真空作業(yè)20min，真空度達到0.09MPa_0.1MPa，打開連接浸潰液閥門，把浸潰液吸入密封罐體內，至完全覆蓋木塊，浸潰液組成為甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、馬來酸酐、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯混合液，四者質量之比為100: 100: 3: 1，關閉閥門，進行加壓操作，加壓壓力為0.8kPa，保持20min，回收剩余浸潰液留待下次使用，取出木塊，擦干木塊表面浸潰液，使用IOMeV電子束加速器進行輻照處理，輻照劑量為60kGy，輻照結束放在通風處14天后，放入烘箱80°C烘8h。測定改性前和改性后木材性能，改性前楊木順紋抗壓強度為33.7MPa，密度為0.382，抗彎彈性模量為8713MPa，抗彎強度為61.8MPa，弦面硬度為970.26，徑面硬度為1017 ;改性后楊木順紋抗壓強度為61.0MPa，密度為0.954，抗彎彈性模量為9638MPa，抗彎強度69.7MPa，弦面硬度為2971.85，徑面硬度為3076 ;順紋抗壓強度提升81%，密度提升150%，抗彎彈性模量提升11%，抗彎強度提升13%，弦面硬度提升206 %，徑面硬度提升202 %。
實施例二:選取無明顯質量瑕疵楊木塊，取7個平行樣，切割成300mmX20mmX20mm小木塊，刨光打磨光滑，放入烘箱烘至含水率10%左右，放入密封罐體，用石塊固定，進行抽真空作業(yè)20min，真空度達到0.09MPa_0.1MPa，打開連接浸潰液閥門，把浸潰液吸入密封罐體內，至完全覆蓋木塊，浸潰液組成為質量分數50%丙烯酰胺溶液、聚乙二醇、馬來酸酐、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯混合液，四者質量之比為100: 100: 3: 1，關閉閥門，進行加壓操作，加壓壓力為0.6kPa，保持20min，回收剩余浸潰液留待下次使用，取出木塊，擦干木塊表面浸潰液，使用IOMeV電子束加速器進行輻照處理，輻照劑量為60kGy，輻照結束放在通風處14天后，放入烘箱80°C烘8h。測定改性前和改性后木材性能，改性前楊木順紋抗壓強度為33.7MPa，密度為0.382，弦面硬度為970.26，徑面硬度為1017 ;改性后楊木順紋抗壓強度為49.8MPa，密度為0.874，弦面硬度為2256.97，徑面硬度為2213 ;順紋抗壓強度提升48%，密度提升129%，弦面硬度提升133%，徑面硬度提升118%。
實施例三:選取無明顯質量瑕疵樺木塊，取6個平行樣，切割成300mmX20mmX20mm小木塊，刨光打磨光滑，放入烘箱烘至含水率10%左右，放入密封罐體，用石塊固定，進行抽真空作業(yè)20min，真空度達到0.09MPa_0.1MPa，打開連接浸潰液閥門，把浸潰液吸入密封罐體內，至完全覆蓋木塊，浸潰液組成為甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、馬來酸酐、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯混合液，四者質量之比為100: 100: 3: 1，關閉閥門，進行加壓操作，加壓壓力為0.8kPa，保持20min，回收剩余浸潰液留待下次使用，取出木塊，擦干木塊表面浸潰液，使用IOMeV電子束加速器進行輻照處理，輻照劑量為60kGy，輻照結束放在通風處14天后，放入烘箱80°C烘8h。測定改性前和改性后木材性能，改性前樺木順紋抗壓強度為49.53MPa，密度為0.579，抗彎彈性模量為10121MPa，抗彎強度為78.8MPa ;改性后樺木順紋抗壓強度為69.5MPa，密度為1.098，抗彎彈性模量為10455MPa，抗彎強度95.7MPa ;順紋抗壓強度提升40 %，密度提升90 %，抗彎彈性模量提升3 %，抗彎強度提升21%。
【權利要求】
1.一種利用電子加速器輻照及加壓技術改性木材的方法，其特征在于:把速生木材刨光打磨光滑，將烘干木材放入密封罐體中進行抽真空作業(yè)，保持抽真空作業(yè),打開閥門將有機制劑吸入密封罐體,有機試劑完全覆蓋木材,對密封罐體進行加壓操作,打開密封罐蓋，回收剩余試劑，取出加壓浸潰后的速生木材，擦干木材表面殘留試劑后，用電子束加速器對木材進行輻照操作。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于:待速生木材的烘干含水率為10%時，將烘干木材放入密封罐體中進行抽真空作業(yè)，進行抽真空作業(yè)20min，使真空度達到0.09MPa-0.1MPa。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于:對密封罐體進行加壓操作，加壓壓力為0.6kPa，并保持 20min。
4.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于:對密封罐體進行加壓操作，加壓壓力為0.8kPa，并保持 20min。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于:取出加壓浸潰后的速生木材，擦干木材表面殘留試劑后，使用IOMeV電子束加速器進行輻照處理，輻照劑量為60kGy。
【文檔編號】B27K3/08GK103786200SQ201410023646
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權日:2014年1月16日
【發(fā)明者】徐殿斗, 張曉萌, 馬玲玲 申請人:中國科學院高能物理研究所