[发明专利]一种路易斯酸催化的低温热处理木材及其制造方法

说明书

本发明为解决传统木材热处理工艺中电力加热数小时的高能耗以及高温造成力学强度大幅降低等问题，提出一种路易斯酸催化的低温热处理木材及其制造方法。制造方法具体为以下步骤：木材原料加工、首次干燥、配制氯化铝溶液、浸渍处理、再次干燥、预热处理、低温热处理、后处理。本发明效益是：通过引入路易斯酸(氯化铝)催化半纤维素低温降解，形成的酸性环境进一步促进木材组分降解和再聚合。酸热处理后木材尺寸稳定性明显优于传统高温热处理材，同时在低温热处理下就能实现传统高温热处理材色效果，减缓了高温对木材力学强度的损失。因此，本发明的制造方法是一种高效、低能耗的工艺，显著提高人工林速生材的附加价值。

技术领域

本发明涉及材料加工领域，涉及一种热处理木材的制备方法，具体涉及一种路易斯酸催化的低温热处理木材及其制造方法。

背景技术

作为一种天然环保的可再生森林资源，木材具有纹理美观、易于加工、强重比高、良好的声学性能及环境学特性，在建筑结构、家具制造、室内外装修等领域受到青睐。然而木材供需矛盾日益凸显，为了保护森林资源及生态环境，高值高效的利用人工速生林是提高我国木材资源开发利用的重要手段。尽管我国速生材资源量较为充足，但易吸湿、尺寸稳定性差、颜色浅、耐久性低等缺点严重降低了其产品的使用寿命、限制了其规模化应用。因此，对其进行合理改性处理，优化速生材的材性以实现其增值高效利用，对木材工业的可持续发展具有非常重要的意义。

木材热处理是一种环境友好型改性方法，通常是以蒸汽、氮气等气体或导热油作为保护介质和传热介质，在无氧或低氧的环境中将木材加热至160～240℃并保持数小时所得。该技术能显著提升木材的尺寸稳定性和抗微生物能力、加深材色并赋予其沉稳典雅的视觉特性、改善声学性能等。热处理木制品广泛应用于建筑外墙板、户外景观、室外用栅栏、室内装潢、家具及乐器等领域。目前已经形成几种较为成熟的木材热处理工业化技术：以蒸汽作为导热介质对木材进行180-250℃热处理的芬兰工艺；利用水、蒸汽及空气作为导热介质，在高温高压饱和蒸汽环境下将木材加热至180℃以上的荷兰Plato工艺；以氮气作为保护介质，将木材加热至190℃以上保持6小时左右并进行调温调湿的法国工艺；以工业用油或植物油为加热介质，将木材加热至180℃以上保持数小时的德国Oil-heat Treatment工艺。然而，热处理过程需要采用电力加热数小时，不仅能耗高、增加木材加工成本，而且过高的温度会降低木材主要力学性能强度。因此，在“双碳”战略目标下，如何通过新工艺降低热处理温度、缩短热处理时间以实现能耗减少，同时实现热处理对木材性能提升的有益效果基础上减缓其力学强度的损失，成为目前木材热处理技术应用和理论研究技术的重点和热点。

木材热处理是一种酸自催化反应，即热处理过程中，热敏感的半纤维素会发生降解，导致有机酸(主要是醋酸)的加速形成，酸性环境下能进一步催化促进半纤维素和其他木材组分降解。然而，木材热处理工艺的局限性在于这种降解自催化需要在高温、长时间反应才能达到热改性效果。进一步讲，如果能够通过人工的方式创造酸性环境，加速热处理过程中成分的催化热降解，就能够实现在较低的热处理温度、短时间内就达到传统的木材热处理效果。