本發(fā)明涉及林木生產(chǎn)改良領(lǐng)域,特別涉及速生材的加工方法。
背景技術(shù):
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展,國(guó)內(nèi)外對(duì)天然林木材的需求量呈迅速增長(zhǎng)趨勢(shì)。近年來(lái),隨著世界各國(guó)環(huán)保意識(shí)的提高,對(duì)木材出口實(shí)行了緊縮政策,進(jìn)一步限制了天然木材的出口,使木材需求的緊張局面進(jìn)一步加劇。發(fā)展天然林木材的代用材,是緩解當(dāng)前天然林木材供需緊張矛盾的重要途徑,也是建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的必然要求。速生豐產(chǎn)林是我國(guó)目前非常豐富的林木資源,我國(guó)從上世紀(jì)末開(kāi)始先后推出了林業(yè)六大重點(diǎn)工程,其中有四項(xiàng)是速生豐產(chǎn)用材林建設(shè)工程,涉及全國(guó)18個(gè)省。但由于速生林木質(zhì)疏松、易受潮變形、易腐爛等缺陷,只能用在附加值低、污染大、能耗高的造紙和普通木制品中,無(wú)法在高檔家具和建筑裝修用品中使用,極大地限制了其開(kāi)發(fā)及應(yīng)用領(lǐng)域。為了改善速生木材的性能,擴(kuò)展速生木材的使用范圍,出現(xiàn)了一些木材改性的方法。如堿液浸煮法、高壓氣蒸干燥法和高壓蒸汽減壓干燥法等木材處理方法,處理后的木材解決了溢脂變形問(wèn)題,提高了強(qiáng)度和耐久性。而這些工藝生產(chǎn)存在木材處理不均勻、木材提升性能不僅不穩(wěn)定、性能單一,而且木材處理過(guò)程藥液用量大、木材使用壽命短且出材率不高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為了解決上述問(wèn)題的一個(gè)或多個(gè),本發(fā)明提供了一種能夠增強(qiáng)速生材尺寸穩(wěn)定性且出材率高的速生材的加工方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,提供了一種速生材的加工方法,其特征在于,包括以下步驟:
1)炭化熱處理:將原木割據(jù)后的濕鋸材放在炭化設(shè)備里炭化處理24~47h,溫度為160~230℃;
2)浸漬:在攪拌器中加入水和速生材浸漬液,將混合液升溫至40~60℃,攪拌至均勻,然后將步驟2)的所得的木材置于浸注罐內(nèi)進(jìn)行真空處理,向罐內(nèi)壓注所述浸漬液,當(dāng)壓力達(dá)到1.5~3.5Mpa時(shí)停止壓注,并保持壓力2~4.5小時(shí);然后放出浸漬液,靜置10~30分鐘,開(kāi)啟罐門取出木材;
3)烘干:對(duì)步驟3)浸漬過(guò)的木材表面進(jìn)行沖洗,將木材再次放入烘干窯,烘干至含水率8~12%,出窯備用。
其有益效果是:本發(fā)明經(jīng)過(guò)炭化熱處理后的生材此時(shí)由于其吸水功能被重組,在外界濕度變化差異大的環(huán)境中,不易變形,不易開(kāi)裂,穩(wěn)定性更高。同時(shí),炭化處理后的生材的活性基團(tuán)減少,生材的導(dǎo)道和紋孔被打通,在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行浸漬,從而使得浸漬液更容易進(jìn)入到生材內(nèi)部而非表面,使得浸漬木材均勻度高、浸漬速度快、藥液可重復(fù)使用回收利用率高。本發(fā)明通過(guò)在木材內(nèi)部注入調(diào)制后的速生材浸漬液的方法改變木材的物理、化學(xué)、生物性能,通過(guò)速生材浸漬液對(duì)木材浸漬處理后,木材在保留木材原有自然屬性(隔熱、絕緣、調(diào)溫、調(diào)濕)的同時(shí),還具有阻燃、防腐、抗菌、防白蟻、抗變形等優(yōu)良性能。此外,還可以根據(jù)用戶需要,任意增大木材密度、硬度等,最終產(chǎn)品游離甲醛含量達(dá)國(guó)標(biāo)E0級(jí)要求。成為天然珍貴樹種的理想替代品,完全可滿足家具、實(shí)木地板等領(lǐng)域的使用要求;同時(shí)浸漬液在浸漬木材過(guò)程中可重復(fù)使用,大大降低了木材處理成本,使家具、地板等企業(yè)可以使用上高性價(jià)比原材料。
在一些實(shí)施方式中,浸漬液由包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制成:甲醛970~1050份、尿素590~650份、羧甲基纖維素鈉0.7~1份、氨水110~150份、三聚氰胺60~70份、聚乙烯醇2~5份、六次甲基四胺3~6份。其有益效果是:使用這種原料制成的浸漬液可以有效改變木材的物理、化學(xué)、生物性能,通過(guò)速生材浸漬液對(duì)木材浸漬處理后,木材在保留木材原有自然屬性(隔熱、絕緣、調(diào)溫、調(diào)濕)的同時(shí),還具有阻燃、防腐、抗菌、防白蟻、抗變形等優(yōu)良性能。此外,還可以根據(jù)用戶需要,任意增大木材密度、硬度等,最終產(chǎn)品游離甲醛含量達(dá)國(guó)標(biāo)E0級(jí)要求。
在一些實(shí)施方式中,浸漬液還包括0.1~50份的二乙二醇。其有益效果是:
在一些實(shí)施方式中,浸漬液由以下方法制得:
一次投料:在反應(yīng)釜中按所述份數(shù)的配比分別加入甲醛、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯醇、氨水、三聚氰胺,先加入406.1~461.5份的尿素,攪勻后測(cè)PH值,加堿性物質(zhì)調(diào)整PH值為7.5~9.0;
二次尿素:升溫至85~96℃,保持10~30分鐘,再加入53.1~71.5份的尿素,保持10~30分鐘;
縮聚反應(yīng):冷卻至80~86℃加酸性物質(zhì)調(diào)pH值至5.8~6.9進(jìn)行縮聚反應(yīng),待到水點(diǎn)出現(xiàn)霧狀,測(cè)pH值,加堿性物質(zhì)調(diào)整pH值至7.5~9.0;
三次尿素:待反應(yīng)溫度至80~85℃時(shí)最后加入剩余的尿素,保持10~30 分鐘;
冷卻出料:繼續(xù)冷卻至50℃以下即可放料。
其有益效果是:使用這種方法制成的浸漬液可以有效改變木材的物理、化學(xué)、生物性能,通過(guò)速生材浸漬液對(duì)木材浸漬處理后,木材在保留木材原有自然屬性(隔熱、絕緣、調(diào)溫、調(diào)濕)的同時(shí),還具有阻燃、防腐、抗菌、防白蟻、抗變形等優(yōu)良性能。此外,還可以根據(jù)用戶需要,任意增大木材密度、硬度等,最終產(chǎn)品游離甲醛含量達(dá)國(guó)標(biāo)E0級(jí)要求。
在一些實(shí)施方式中,在三次尿素步驟后,待冷卻至55~60℃時(shí)加入二乙二醇,繼續(xù)冷卻至50℃以下即可放料。
在一些實(shí)施方式中,堿性物質(zhì)為氫氧化鈉,酸性物質(zhì)為甲酸、草酸、氯化銨中的一種或多種。
在一些實(shí)施方式中,炭化處理步驟是:將木材放在炭化設(shè)備里,迅速升溫至60~70℃,保溫1~3h,然后再以5~8℃/h的速度升溫至110~140℃,保溫1~3h,然后再以10~15℃/h的速度升溫至160~230℃,并在該溫度下保持24~30h。其有益效果是:采用階梯式升溫的方式對(duì)木材進(jìn)行炭化處理,有效防止因急劇升溫對(duì)木材所帶來(lái)的皺縮缺陷而影響出材率,而且本發(fā)明的這種升溫方式,對(duì)木材炭化處理具有較好的效果,木材會(huì)具有較好的力學(xué)性能。
在一些實(shí)施方式中,在炭化熱處理之前進(jìn)行一次烘干:將原木割據(jù)后的濕鋸材放入烘干窯,烘干處理含水率至15~20%,出窯備用。其有益效果是:在炭化之前進(jìn)行一次烘干可以減少炭化熱處理時(shí)出現(xiàn)的皺縮現(xiàn)象,提高炭化熱處理的出材率。
在一些實(shí)施方式中,炭化處理時(shí)間為24~47h。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
實(shí)施例1(浸漬液制備方法1)
首先是準(zhǔn)備生產(chǎn)原料:甲醛2910kg、尿素1770kg(分三次投料,每次投料量分別為:1221.3kg、194.7kg、354kg)、羧甲基纖維素鈉2.1kg、氨水450kg、三聚氰胺180kg、聚乙烯醇6kg、六次甲基四胺9kg。
其次是具體制備方法:
1)在反應(yīng)釜中按配比加入甲醛、先加入1221.3kg的尿素、聚乙烯醇、氨水、六次甲基四胺、三聚氰胺、羧甲基纖維素鈉,加氫氧化鈉調(diào)PH值至7.5;
2)升溫至85℃,保持10分鐘,再加入194.7kg的尿素,保持10分鐘;
3)冷卻至80℃加甲酸調(diào)PH值至5.8進(jìn)行縮聚反應(yīng),待到水點(diǎn)出現(xiàn)霧狀,加氫氧化鈉調(diào)PH值至7.5;
4)冷卻,80℃時(shí)最后加入剩余的354kg尿素,保持10分鐘;
5)繼續(xù)冷卻,50℃時(shí)放料。
實(shí)施實(shí)例2(浸漬液制備方法2):
首先是準(zhǔn)備生產(chǎn)原料:甲醛3000kg、尿素1890kg(分三次投料,每次投料量分別為:1323kg、170.1kg、396.9kg)、羧甲基纖維素鈉2.55kg、氨水360kg、三聚氰胺200kg、聚乙烯醇9kg、二乙二醇75kg、六次甲基四胺15kg。
其次是具體制備方法:
1)在反應(yīng)釜中按配比加入甲醛、先加入1323kg的尿素、聚乙烯醇、氨水、六次甲基四胺、300kg的水、三聚氰胺、羧甲基纖維素鈉,加氫氧化鈉調(diào)PH值至8.0;
2)升溫至90℃,保持15分鐘,再加入170.1kg的尿素,保持15分鐘;
3)冷卻至83℃加甲酸調(diào)PH值至6.2進(jìn)行縮聚反應(yīng),待到水點(diǎn)出現(xiàn)霧狀,加氫氧化鈉調(diào)PH值至8.5;
4)冷卻,83℃時(shí)最后加入剩余的396.9kg尿素,保持15分鐘;
5)冷卻,60℃時(shí)加入二乙二醇;
6)繼續(xù)冷卻至48℃時(shí)放料。
實(shí)施實(shí)例3(浸漬液制備方法3):
首先是準(zhǔn)備生產(chǎn)原料:甲醛3150kg、尿素1950kg(分三次投料,每次投料量分別為:1384.5kg、195kg、370.5kg)、羧甲基纖維素鈉3kg、氨水3 30kg、三聚氰胺210kg、聚乙烯醇15kg、二乙二醇150kg、六次甲基四胺18kg。
其次是具體制備方法:
1)在反應(yīng)釜中按配比加入甲醛、先加入1384.5kg的尿素、聚乙烯醇、氨水、六次甲基四胺、600kg的水、三聚氰胺、羧甲基纖維素鈉,加氫氧化鈉調(diào)PH值至9.0;
2)升溫至96℃,保持20分鐘,再加入195kg的尿素,保持20分鐘;
3)冷卻至86℃加甲酸調(diào)PH值至6.9進(jìn)行縮聚反應(yīng),待到水點(diǎn)出現(xiàn)霧狀,加氫氧化鈉調(diào)PH值至9.5;
4)冷卻,85℃時(shí)最后加入剩余的370.5kg尿素,保持20分鐘;
5)冷卻,57℃時(shí)加入二乙二醇;
6)繼續(xù)冷卻至45℃時(shí)放料。
實(shí)施實(shí)例4(浸漬液制備方法4):
首先是準(zhǔn)備生產(chǎn)原料:甲醛2910kg、尿素1800kg(分三次投料,每次投料量分別為:1242kg、198kg、360kg)、羧甲基纖維素鈉2.1kg、氨水420kg、二乙二醇0.3kg、三聚氰胺180kg、聚乙烯醇6kg、六次甲基四胺9kg。
其次是具體制備方法:
1)在反應(yīng)釜中按配比加入甲醛、先加入1242kg的尿素、聚乙烯醇、氨水、六次甲基四胺、三聚氰胺、羧甲基纖維素鈉,加氫氧化鈉調(diào)PH值至7.5;
2)升溫至85℃,保持10分鐘,再加入198kg的尿素,保持10分鐘;
3)冷卻至80℃加甲酸調(diào)PH值至5.8進(jìn)行縮聚反應(yīng),待到水點(diǎn)出現(xiàn)霧狀,加氫氧化鈉調(diào)PH值至7.5;
4)冷卻,80℃時(shí)最后加入剩余的360kg尿素,保持10分鐘;
5)繼續(xù)冷卻,55℃時(shí)加入二乙二醇;
6)繼續(xù)冷卻,50℃時(shí)放料。
實(shí)施實(shí)例5(浸漬液制備方法5):
首先是準(zhǔn)備生產(chǎn)原料:甲醛3000kg、尿素1830kg(分三次投料,每次投料量分別為:1281kg、164.7kg、384.3kg)、羧甲基纖維素鈉2.4kg、氨水390kg、三聚氰胺:200kg、聚乙烯醇9kg、二乙二醇1.5kg、六次甲基四胺12kg。
其次是具體制備方法:
1)在反應(yīng)釜中按配比加入甲醛、先加入1281kg的尿素、聚乙烯醇、氨水、六次甲基四胺、50kg的水、三聚氰胺、羧甲基纖維素鈉,加氫氧化鈉調(diào)PH值至8.0;
2)升溫至90℃,保持15分鐘,再加入164.7kg的尿素,保持15分鐘;
3)冷卻至83℃加甲酸調(diào)PH值至6.2進(jìn)行縮聚反應(yīng),待到水點(diǎn)出現(xiàn)霧狀,加氫氧化鈉調(diào)PH值至8.5;
4)冷卻,83℃時(shí)最后加入剩余的384.3kg尿素,保持15分鐘;
5)冷卻,57℃時(shí)加入二乙二醇;
6)繼續(xù)冷卻至48℃時(shí)放料。
實(shí)施實(shí)例6(浸漬液制備方法6):
首先是準(zhǔn)備生產(chǎn)原料:甲醛3150kg、尿素1860kg(分三次投料,每次投料量分別為:1320.6kg、186kg、353.4kg)、羧甲基纖維素鈉2.7kg、氨水360kg、聚乙烯醇12kg、二乙二醇3kg、六次甲基四胺15kg、三聚氰胺207kg。
其次是具體制備方法:
1)在反應(yīng)釜中按配比加入甲醛、先加入1320.6kg的尿素、聚乙烯醇、氨水、六次甲基四胺、100kg的水、三聚氰胺、羧甲基纖維素鈉,加氫氧化鈉調(diào)PH值至9.0;
2)升溫至96℃,保持20分鐘,再加入186kg的尿素,保持20分鐘;
3)冷卻至86℃加甲酸調(diào)PH值至6.9進(jìn)行縮聚反應(yīng),待到水點(diǎn)出現(xiàn)霧狀,加氫氧化鈉調(diào)PH值至9.5;
4)冷卻,85℃時(shí)最后加入剩余的353.4kg尿素,保持20分鐘;
5)冷卻至55℃時(shí)加入二乙二醇;
6)繼續(xù)冷卻至45℃時(shí)放料。
在上述1~6實(shí)施實(shí)例速生材浸漬液及制備方法中,使用的工藝設(shè)備均為5000L容積的反應(yīng)釜,在每一實(shí)施例的加料過(guò)程中,各物料的投放次序不分先后。
實(shí)施例7(浸漬木材方法1):
1)生產(chǎn)原料:實(shí)施例6的速生材浸漬液:1786.0kg;水:3214.8kg;木材:約1立方米。
2)生產(chǎn)設(shè)備:壓力浸注罐1300L容積。
3)藥液調(diào)制:在攪拌器中加入水,升溫至30℃;再加入速生材浸漬液,將混合液升溫至40℃;將混合液攪拌至均勻;放料。
4)木材處理:
a.炭化熱處理:將原木割據(jù)后的濕鋸材放入炭化窯里,迅速升溫至60℃,保溫3h,然后再以5℃/h的速度升溫至110℃,保溫3h,然后再以10℃/h的速度升溫至160℃,并在該溫度下保持47h。
b.藥液調(diào)制見(jiàn)3);
c.浸漬處理:首先進(jìn)行真空處理:將經(jīng)炭化處理后的木材裝上軌道小車,推入罐內(nèi),關(guān)閉并密封好罐門,關(guān)閉吸/進(jìn)液閥,啟動(dòng)真空泵,直到真空度達(dá)到工藝要求-0.08Mpa,保持真空10分鐘,期間真空度若有下降,應(yīng)追開(kāi)真空至-0.08Mpa;其次進(jìn)行壓力浸注:打開(kāi)貯液池通往壓力浸注罐管路上的閥門,藥液在真空的作用下通過(guò)吸排管道進(jìn)入壓力浸注罐,當(dāng)藥液充滿壓力浸注罐時(shí),即可關(guān)閉真空泵、吸排液管道上的閥門,打開(kāi)加壓管路通往壓力浸注罐的閥門,啟動(dòng)加壓泵,進(jìn)行加壓,待壓力值穩(wěn)定在1.5Mpa 時(shí),關(guān)閉加壓泵和加壓管路上的閥門,保持壓力4.5小時(shí);再次是木材出罐:經(jīng)壓力浸注后打開(kāi)閥門排液閥門,啟動(dòng)管道泵,藥液從壓力浸注罐內(nèi)抽入儲(chǔ)液池。再稍等10分鐘后,再次啟動(dòng)管道泵將木材上滴落至罐底的藥液再次抽入儲(chǔ)液池中,開(kāi)罐門取出木材;
d.烘干:對(duì)表面進(jìn)行簡(jiǎn)單沖洗后將木材再次放入烘干窯,烘干處理至含水率8~12%,出窯備用。
實(shí)施例8(浸漬木材方法2):
1)生產(chǎn)原料:實(shí)施例6的速生材浸漬液:5000kg;水:10000kg;木材:約4.5立方米。
2)生產(chǎn)設(shè)備:壓力浸注罐10000L容積。
3)藥液調(diào)制:
在攪拌器加入水,升溫至43℃;再加入速生材浸漬液,將混合液升溫至50℃;將混合液攪拌至均勻;放料。
4)木材處理:
a.一次烘干:將原木鋸割后的濕鋸材放入烘干窯,烘干處理含水率至18%,出窯;
b.炭化熱處理:將步驟a含水率為18%的木材放入炭化窯里,迅速升溫至65℃,保溫2.5h,然后再以7℃/h的速度升溫至125℃,保溫2.5h,然后再以13℃/h的速度升溫至200℃,并在該溫度下保持26h。
c.藥液調(diào)制見(jiàn)3);
d.浸漬處理:首先真空處理:將經(jīng)一次烘干的木材裝上軌道小車,推入罐內(nèi),關(guān)閉并密封好罐門,關(guān)閉吸/進(jìn)液閥,啟動(dòng)真空泵,直到真空度達(dá)到工藝要求-0.09Mpa,保持真空15分鐘,期間真空度若有下降,應(yīng)追開(kāi)真空至-0.09Mpa;其次壓力浸注:打開(kāi)貯液池通往壓力浸注罐管路上的閥門,藥液在真空的作用下通過(guò)吸排管道進(jìn)入壓力浸注罐,當(dāng)藥液充滿壓力浸注罐時(shí),即可關(guān)閉真空泵、吸排液管道上的閥門,打開(kāi)加壓管路通往壓力浸注罐的閥門,啟動(dòng)加壓泵,進(jìn)行加壓,待壓力值穩(wěn)定在2.5Mpa時(shí),關(guān)閉加壓泵和加壓管路上的閥門,保持壓力3.5小時(shí);再次是木材出罐:經(jīng)壓力浸注后打開(kāi)閥門排液閥門,啟動(dòng)管道泵,藥液從壓力浸注罐內(nèi)抽入儲(chǔ)液池。再稍等15分鐘后,再次啟動(dòng)管道泵將木材上滴落至罐底的藥液再次抽入儲(chǔ)液池中,開(kāi)罐門取出木材;
e.二次烘干:對(duì)表面進(jìn)行簡(jiǎn)單沖洗后將木材再次放入烘干窯,烘干處理至含水率8~12%,出窯備用。
實(shí)施例9(浸漬木材方法3):
1)工藝原料:實(shí)施例6的速生材浸漬液:8571.4kg;水:21293.5kg;木材:約9立方米。
2)工藝設(shè)備:壓力浸注罐20000L容積。
3)藥液調(diào)制:在攪拌器中加入水,升溫至50℃;再加入速生材浸漬液,將混合液升溫至60℃;將混合液攪拌至均勻;放料。
4)木材處理:
a.一次烘干:將原木鋸割后的濕鋸材放入烘干窯,烘干處理含水率至15%,出窯;
b.炭化熱處理:將步驟a含水率為15%的木材放入炭化窯里,迅速升溫至70℃,保溫1h,然后再以8℃/h的速度升溫至140℃,保溫1h,然后再以15℃/h的速度升溫至230℃,并在該溫度下保持24h。
c.藥液調(diào)制見(jiàn)3);
d.浸漬處理:首先是真空處理:將經(jīng)一次烘干的木材裝上軌道小車,推入罐內(nèi),關(guān)閉并密封好罐門,關(guān)閉吸/進(jìn)液閥,啟動(dòng)真空泵,直到真空度達(dá)到工藝要求-0.095Mpa,保持真空20分鐘,期間真空度若有下降,應(yīng)追開(kāi)真空至-0.095Mpa;其次是壓力浸注:打開(kāi)貯液池通往壓力浸注罐管路上的閥門,藥液在真空的作用下通過(guò)吸排管道進(jìn)入壓力浸注罐,當(dāng)藥液充滿壓力浸注罐時(shí),即可關(guān)閉真空泵、吸排液管道上的閥門,打開(kāi)加壓管路通往壓力浸注罐的閥門,啟動(dòng)加壓泵,進(jìn)行加壓,待壓力值穩(wěn)定在3.5Mpa時(shí),關(guān)閉加壓泵和加壓管路上的閥門。保持壓力2小時(shí);然后是木材出罐:經(jīng)壓力浸注后打開(kāi)閥門排液閥門,啟動(dòng)管道泵,藥液從壓力浸注罐內(nèi)抽入儲(chǔ)液池。再稍等20分鐘后,再次啟動(dòng)管道泵將木材上滴落至罐底的藥液再次抽入儲(chǔ)液池中,開(kāi)罐門取出木材;
e.二次烘干:對(duì)表面進(jìn)行簡(jiǎn)單沖洗后將木材再次放入烘干窯,烘干處理至含水率8~12%,出窯備用。
在上述實(shí)施例7~9浸漬液的調(diào)制中,使用的工藝設(shè)備均為3000L容積的加熱溫控式攪拌器,使用的木材均為楊木。
經(jīng)上述實(shí)施例7~9處理后的木材和未經(jīng)炭化處理的浸漬木材性能提升情況以及原始楊木木材如下:
對(duì)比實(shí)施例1:與實(shí)施例8相比,少了炭化處理步驟。
對(duì)比實(shí)施例2:原始木材。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已,并不用于限制本發(fā)明,對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō),本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所有的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
以上所述的僅是本發(fā)明的一些實(shí)施方式。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下,還可以做出若干變形和改進(jìn),這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。