[发明专利]硅溶胶浸注预处理改善炭化木性能的方法

说明书

技术领域

本发明属木材加工领域，涉及一种木材热改性炭化处理的方法，具体是一种硅溶胶浸注预处理改善炭化木性能的方法。

背景技术

炭化木是一种性能比较优良、颜色美观且环境友好的木材产品（顾练百等，2008），可广泛应用于装修、地板、家具及园林景观中，深受广大消费者的青睐。目前，国内的木材炭化方法主要是采用过热蒸汽或氮气作为传热介质和保护气体，避免木材在炭化过程中过度氧化降解或燃烧，如CN1868704A、CN101069972A、CN101224593A、CN 101007412A。

目前，采用现有公知技术处理得到的炭化木仍有如下不足：1）经高温炭化后的木材变脆，密度、力学强度下降，在生产或使用过程中可能断裂；2）低于200℃处理得到的炭化木其尺寸稳定性、耐腐性能、耐候性能并没有显著改善；3）木材炭化后的阻燃性能并没有得到改善；4）木材炭化后比未炭化的木材更容易受白蚁蛀蚀。

发明专利CN 101716790A公开了一种《树脂预处理生产橡胶树炭化木方法》，该方法通过真空加压浸注树脂，能降低橡胶树炭化木力学强度损失，还使得其尺寸稳定性及耐久性更加优良。但是，经树脂浸注预处理生产的炭化木对阻燃性能并没有改善；而且，某些树脂（如脲醛树脂）的热稳定性不好，在木材炭化过程中会发生热分解；同时，树脂在浸注处理过程中有游离甲醛释放，危害人体健康并造成环境污染；此外，采用树脂预处理技术，需降低木材的含水率（小于15%），故在树脂预处理前需要对木材进行干燥，生产成本增加。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种硅溶胶浸注预处理改善炭化木性能的方法，采用硅溶胶作为改性液对木材进行浸注预处理，制备的炭化木质量损失率减小，平衡含水率降低，尺寸稳定性、密度、力学强度提高，耐腐、耐候性能改善，阻燃、防白蚁性能亦有一定程度改善。

本发明所采用的技术方案：

一种硅溶胶浸注预处理改善炭化木性能的方法，其步骤如下：

1、木材浸注预处理

将木材置于处理罐中，抽真空至-0.08～-0.09MPa，保持10～40min，然后注入硅溶胶，待处理罐注满后，加压至0.8～2.0MPa，保持0.5～2.5h后卸压，并将硅溶胶返回至储液槽中，再次抽真空至-0.08～-0.09MPa，保持5～20min后解除真空，排出残余的硅溶胶，取出木材。所述硅溶胶的pH值为6.5～8.0，SiO₂含量为20～50%，密度为1.12～1.40g/cm³，粒径范围为8～100nm。

2、木材干燥

将浸注处理过的木材堆垛并压重，气干1～10天后，置于周期式强制循环干燥窑中进行常规窑干，干燥时间为3～18天，木材的含水率降至12～18%出窑。

3、木材炭化

将干燥好的木材置于炭化设备中，先用50～70℃对其预热，然后在14～25h内逐步升温至130℃并维持1～4h，升温至130℃后开始持续喷入蒸汽作为保护气体，接着在4～7h内逐步升温至170～200℃并根据板材厚度维持1～6h，然后喷入水或蒸汽使木材降温至100～120℃，再自然降温至50℃以下，最后取出木材。

本发明的有益效果体现在以下几方面：

1、采用硅溶胶为浸注改性液，其粘度较低，胶团为纳米级，能很好地渗透进入木材，且无臭无毒，安全环保，成本较低，易于获得。

2、硅溶胶具有较高的热稳定性，一般可耐1600℃左右的高温，在木材炭化处理过程中不会发生热分解，能有效地降低木材炭化后的质量损失，提高炭化木的密度，且硅溶胶干燥固化后可形成坚硬的凝胶结构，具有较高的硬度和强度，从而提高炭化木的力学强度。

3、硅溶胶干燥固化产生的SiO₂与木材的骨架物质发生作用，封闭了吸湿基团，减小了木材与水分的结合的机会；同时，SiO₂填充在细胞腔、细胞间隙以及细胞壁空隙中，阻碍了细胞壁润胀；此外，硅溶胶本身具有疏水性，能阻止被包覆的细胞壁吸收水分，因此，制得的炭化木尺寸稳定性显著提高，平衡含水率显著降低。

4、硅溶胶凝胶后填充在木材内部，提高了整个材料的比热，同时，凝胶本身是一种很好的难燃材料，它堵塞了木材内部的管道和孔隙，使得木材和空气的接触面积下降，从而在一定程度上改善了炭化木的阻燃性能。