[发明专利]一种木材热改性方法

说明书

本发明公开了本发明涉及一种木材改性方法，具体为一种木材热改性方法，本申请开创性的采用先促进纤维素水解，再利用高温促进纤维素结晶的方式，对木材进行热改性，依次进行超声预处理、碱蒸汽热改性、第一次水蒸气改性、酸蒸汽改性、第二次水蒸气改性、采用冷却水降温冷却、最后自然冷却出窑，完成木材改性，本发明极大地改善了热改性木材的弯曲强度，并使得改性后木材所含有的有机释放物减少。

技术领域

本发明涉及一种木材改性方法，具体为一种木材热改性方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，对木材制品的需求也大幅度增加，因此，发展经济林业是缓解木材供应的首要手段，但经济林木密度低、耐久性差，因此，必须通过改性技术延长木材使用寿命。

木材改性研究始于上世纪30年代，主要有热改性、化学改性和被动改性三种，而热改性工艺设备简单、环境友好、经济效益显著，是最具商业化前景的木材改性工艺。目前，芬兰、荷兰、德国等国均已实现热改性木材的工业化生产。

热改性工艺的主要目的，在于促进木材中的纤维素等物质的降解，以去除霉菌等赖以生存的营养环境，并减少吸收水分的羟基结构，热改性工艺中，往往通过第二阶段高温加热来促进纤维素的结晶，降低无定形区面积，现有的热改性工艺有使用过热蒸汽、热油等，但现有的工艺对木材改性效果有限。

因此，开发一种改性效果好，含水率更低的热改性工艺对于缓解木材紧缺具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种木材热改性方法，其步骤包括：

1)超声预处理，将待改性木材放置在容器中，使用超声对待改性木材进行预处理；

2)碱蒸汽热改性：在氨气气氛条件下进行热改性并通入水蒸气，改性温度为70-80℃；改性15-30min后排出氨气；

3)第一次水蒸气改性：缓慢升温至130℃，并通入水蒸气作为保护气，改性30-45min；

4)酸蒸汽热改性：缓慢降温，待温度降低至110℃后开始通入HCl蒸汽，使得木材在HCl蒸汽条件下进行热改性，并维持改性温度在85-100℃范围内，改性15-30min后排出HCl蒸汽；

5)第二次水蒸气改性：继续升温至200℃，并通入水蒸气作为保护气，热改性1-5h后停止加热；

6)冷却：适量通入冷却水降温，维持降温速率为1-2℃/min，并保持通入水蒸气至温度低于105℃；

7)自然冷却出窑。

其中，步骤3、5优选在高于大气压的条件下操作；

其中，步骤3、5的压力为高于大气压0.1mpa。

其中，步骤1可以使用连续方式操作，保证微超声预处理的停留时间不超过1h即可。

其中，步骤1中，微超声预处理的超声频率为30-50KHz,使用频率较低的超声波，可以达到促进结晶纤维素降解的效果，又不至于破坏木材的整体和表面结构。

本发明的技术效果：相比于现有技术中的炭化和热改性，本申请开创性的采用先促进纤维素水解，再利用高温促进纤维素结晶的方式，对木材进行热改性，该思路的改进极大地提高了改性后木材的结晶区域，并大福提高了木材的各方面性能。

本申请中，对纤维素进行降解的手段是使用酸、碱蒸汽进行改性。酸、碱对纤维素的水解是公知技术，本申请将现有技术中的水解技术与水蒸气热改性相结合，在水蒸气进行热改性的同时，分别引入酸蒸汽和碱蒸汽，一方面促进了纤维素的水解程度，另一方面，在酸碱存在的条件下，可以大福提高半纤维素的降解效率。