[发明专利]一种人工速生林木材多功能化处理的方法

说明书

技术领域

本发明属于一种人工速生林木材多功能化处理的方法。

背景技术

近年来，我国木材资源的有效供给与不断增长的社会需求之间的矛盾日趋突出。我国人工林面积0.69亿公顷，居世界首位。国内丰富的人工林木材资源，以人工林木材替代我国总量严重不足的天然林木材及进口优质木材资源，是解决我国木材供应问题，实现木材利用可持续化发展的有效措施。然而，由于人工林木材（如杨木、杉木、柳杉、樟子松等）大多具有材质疏松、密度和强度低、尺寸不稳定及易霉变腐朽等缺陷，无法满足大量建筑、家具以及中高档木制品的用材要求，应用范围受限，产品附加值低。

采用有机酸酐在一定温度条件和催化作用下对木材进行酯化处理，使大分子链疏水性基团置换木材细胞壁物质中的小分子链亲水性羟基，引起羟基减少和细胞壁增容效应，是一种可有效降低木材吸湿性，提高其尺寸稳定性和耐腐性的环保型化学改性方法。然而，木材酯化后其力学性能降低，且相对未处理材更易燃烧。

当前，如何保留酯化木材尺寸稳定性和耐腐性好的优点，同时进一步提高其密度、力学强度及阻燃性能，是利于实现人工林木材的多功能化和高附加值利用，缓解我国木材供需矛盾、促进我国森林资源的可持续发展，需迫切解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种人工速生林木材多功能化处理的方法，能在保留酯化木材尺寸稳定性和耐腐性好的前提下，再对酯化木材再做改性处理，全面改观和提高人工林木材的物理力学性能、阻燃性和耐腐性，实现人工林木材的多功能化和高附加值的利用，有利于缓解我国木材供需矛盾、促进我国森林资源的可持续发展的优点。

为此，本发明的方法包括如下步骤：

(1)将含水率8%～30%的人工林速生木材置于耐高温、耐高压的密闭罐体中，通过抽真空，使罐体内部负压为0.08～0.095MPa，保持30～60min。

(2)将马来酸酐与吡啶混合制备成酯化液，酯化液的质量百分比为：马来酸酐95%～99%，吡啶1%～5%，在真空作用下，使酯化液注入罐体并完全淹没木材。

(3)解除罐体内真空状态，向罐体内施加气压，使其内部压力维持在0.6～1.5MPa，浸渍处理木材1～4h，使木材被酯化液完全饱和。

(4)打开排气阀，降低罐体压力至0.2MPa，利用余压将酯化液排出罐体，抽真空至罐体内部达到0.095MPa的负压状态，开启加热装置，使罐体内部温度控制在80℃～120℃，对木材进行真空加热处理2～8h。

(5)将罐体内温度降至35℃～40℃，得到酯化木材。

(6)将制备好的硅硼复合改性液，在罐体内真空条件下注入罐体内，并使硅硼复合改性液完全淹没木材，解除真空，向罐体内施加气压，使其内部压力维持在0.6～2.0MPa，浸渍处理木材1～8h。

(7)打开排气阀，降低罐体内压力至0.2MPa，利用余压将硅硼复合改性液排出罐体，进行回收、循环利用。

(8)罐体内降至常压常温，取出木材，自然存放7～10天，利用木材酯化后其内部的酸性环境，使填充于木材细胞腔内的硅溶胶与硼砂、硼酸锌的硅硼复合改性液完成凝胶。

(9)当木材含水率为45%～50%时，将木材放置到干燥设备内，在50℃～100℃条件下干燥10～15天，得多功能化处理改性材。

所述的人工林速生木材为杨木、杉木、柳杉和樟子松。

所述的步骤(4)中，当罐体内的负压因木材内部酸酐的受热蒸发而降至0.05MPa以下时，继续抽真空，使罐体内部负压恢复至0.095MPa。通过持续加热和吡啶的催化作用，使渗透到木材内部的马来酸酐与木材细胞壁物质发生充分的酯化反应，同时利用间歇式真空加热作用，使木材细胞腔内未反应的酯化液相继从木材及罐体排出，并分离回收、循环利用。

所述的硅硼复合改性液的制备方法为：将质量百分比浓度为30%、pH值为10～11的硅溶胶加热到40℃～60℃，加入硼砂与硼酸锌粉末，搅拌30～40min，降温至30℃以下，再加入质量百分比浓度为20%的氢氧化钠溶液，调整pH值到12～13，得到硅硼复合改性液。

所述的硅硼复合改性液中硼砂加入量占硅溶胶总质量的2～4%，硼酸锌粉末加入量占硅溶胶总质量的1～3%，氢氧化钠溶液加入量占硅溶胶总质量的5～8%。

所述的硅硼复合改性液中硼砂加入量占硅溶胶总质量的3%，硼酸锌粉末加入量占硅溶胶总质量的2%，氢氧化钠溶液加入量占硅溶胶总质量的6%。