[发明专利]一种环保功能木材的节能制备方法

说明书

本发明属于生物质材料及木质建筑装饰材料制备技术领域，公开了一种环保功能木材的制备方法。本发明方法包括如下步骤：木材单侧真空‑加压浸渍、表面层压缩增强、温湿平衡处理、水分调制。本发明通过人工林速生材单侧表层糠醇树脂浸渍与单侧表层压缩的协同改性技术，使二者相辅相成，提出一种环保、节能、高效的功能单侧表层压缩木生产工艺，绿色环保，节能，工艺简单，生产成本低且效率高。克服了压缩木制造存在工艺复杂、生产周期长、和板坯稳定性差的技术问题。同时，得到的功能木材具有表面防霉、尺寸稳定性好等优点，可应用在地板、家具及室内装饰饰面材料领域。

技术领域

本发明涉及生物质材料及木质建筑装饰材料制备技术领域，具体涉及一种环保功能木材的节能制备方法。

背景技术

天然林硬木作为一种高表面硬度、高强重比、纹理优美、环境友好的材料，一直被广泛应用于建筑和家装上，包括地板、墙板和桌面等。然而，随着全球性限制天然林采伐政策的出台，生长周期长的天然林树种在市场上的供求关系日益紧张，因此，合理利用生长周期短的人工林速生材将成为解决问题的关键。正因为速生材生长速度快，导致其具有密度低、力学强度低、尺寸稳定性差等缺点，严重限制了它的应用，针对这个现象，对人工林树种进行改性提升其物理力学性能以高值化利用是十分必要的。

木材密度与其物理力学性能之间有极强的相关关系，提升木材性能的关键在于增加木材密度。基于先前研究，化学改性和木材压缩致密化改性能显著提高木材密度，后者不涉及化学药剂，是一种更环保的改性方法。当前大多研究主要集中于木材整体压缩技术带来的性能改善，而在实际中一些非结构性应用上，比如地板、墙板、家具面板等，可以着重考虑使频繁受到最大水平力的单侧表面层满足使用性能要求。同时，从材料利用率的角度来看，木材单侧表层压缩技术能在保证使用性能的前提下，更加节约材积、能耗和成本。此外，单侧表层压缩材中未经致密化的部分，仍保留多孔及吸湿解吸等木材原始特征，使改性材整体具备优良的触感和调节室内温湿度的能力。因此，木材单侧表层压缩技术在实现人工林速生材高值化利用中十分具有潜质。

这种技术现存的主要挑战是将非对称结构改性材的压缩变形部分进行固定，提高其尺寸稳定性，目前可以通过热处理和树脂浸渍等附加处理实现。热处理虽然能有效固定压缩木的变形，即便其反复暴露在湿空气下，但是这种方法要求大量的时间和能耗，并且还会在一定程度上降低压缩木的力学性能，这意味着失去了相对天然硬木的潜在优势。另一方面，利用诸如三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂等树脂浸渍，不仅能有效防止压缩木变形的回弹，还能进一步提高其性能，然而，在改性材的生产和使用过程中，树脂含有的甲醛、苯酚等有害化学物质会对环境和人体健康造成潜在威胁。现有非对称单侧压缩木制造，通常采用非对称加热，存在木材容易变形的问题，而且生产上多层热压机很难控制非对称的加热方式，热压机生产效率低，能耗大。因此，非常有必要开发一种绿色、节能、高效的木材单侧表层压缩工艺。

糠醇是一种生物质来源的化学物质，通过糠醛加氢获得，而糠醛通常是由富含戊聚糖的农业废弃物水解得到，包括玉米芯、甘蔗渣、麦秸等。由于糠醇来源广泛、可再生、环保的特点，早在20世纪50年代就被引入木材改性行业，至今仍受到广泛关注。糠醇作为一种很有前途的木材改性剂，其极性强且易于穿透木材细胞壁，利用糠醇单体浸渍木材，在酸性催化剂和高温条件下能够发生自交联或与细胞壁组分交联，形成深棕色聚合物，因而赋予改性材酷似名贵硬木的外观。此外，糠醇改性材具有较低的吸湿性、更高的尺寸稳定性、密度和硬度以及出色的抗微生物破坏和白蚁攻击能力，更重要的是其在生产、使用和废弃物处理过程中对环境和人的负面影响微乎其微。然而，现有的研究大多是基于糠醇树脂整体浸渍木材进行改性，而更节能、经济的单侧表层浸渍却鲜有报道。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足和缺点，本发明提供一种环保功能木材的节能制备方法。该方法利用一种生物质来源的糠醇做为木材表层的软化剂，采用真空-加压的非对称单侧浸渍的方法，对木材的单面进行浸渍润涨软化处理，然后在对称传热条件下利用较低的温度实现单侧表侧压缩，并通过热、湿平衡处理固定压缩层，克服了现有技术中存的非对称表层压缩木制造过程中温度不对称带来的木材变形问题及高温压缩能耗大的技术问题。