技术摘要：
本发明公开了一种高强度防腐炭化木的制备方法，属于木材加工技术领域。本发明的木材热改性处理过程中，半纤维素首先脱乙酞化释放乙酸，在有机酸的催化作用下，半纤维素和纤维素多糖进一步降解，无定性区纤维素降解导致纤维素结晶度增加，木质素分裂出甲醛和糠醛等醛类 全部
背景技术：
炭化木素有物理“防腐木”之称，也称为热处理木。源自欧洲，有十余年的使用历 史，炭化木近5年炭化防腐木引入中国，由于它具有区别于普通木材的优越性能，且更为环 保，从而深受用户青睐。炭化木是指用180℃～250℃的高温高压对木材进行长时间热解处 理得到的木材。经过高温处理的炭化木纹理突出，颜色华贵，并有木质芳香，是尊贵的装饰 材料。 按使用环境分为室外级炭化木和室内级炭化木。按使用功能分装饰用炭化木和结 构用炭化木。表面炭化木是用氧焊枪烧烤，使木材表面具有一层很薄的炭化层，对木材性能 的改变可以类比木材的油漆，但可以突显表面凹凸的木纹，产生立体效果。应用方面集中在 工艺品、装修材料和水族罐制品。也称为工艺炭化木、炭烧木。深度炭化木也称为完全炭化 木、同质炭化木。是经过200度左右的高温炭化技术处理的木材，由于其营养成分被破坏，使 其具有较好的防腐防虫功能，由于其吸水官能团半纤维素被重组，使产品具有较好的物理 性能，深度炭化防腐木是真正的绿色环保产品，尽管产品具有防腐防虫性能，却不含任何有 害物质，不但提高了木材的使用寿命，而且不会在生产过程中使用过程中以及使用后的废 料处理对人体、动物和环境有任何的负面影响。 深度炭化木在欧洲有接近十年的使用经验，是禁用CCA防腐木材后的主要换代产 品。炭化生产工艺原理木材快速加热至100℃，经过干燥过程使木材含水率干燥至3～4%，并 根据不同的炭化等级要求，木材的温度加热到190～212℃；随后干燥窑内温度下降到低于 100℃；水蒸气取代空气充斥整个干燥窑内。经过炭化和冷却过程后，让木材吸收水蒸气，含 水率有所提高，达到稳定后降温冷却。 现有的深度炭化木大多是通过高温进行深度炭化处理得到炭化木，所述深度炭化 处理并不仅是几何尺寸的深度，主要是包含了炭化程度的深浅，即炭化率的大小，一般来说 炭化阶段的温度越高，时间越长，则炭化深度越深。如中国专利申请（公开号： CN101069972A）公开了一种热处理炭化木材的方法，先将含水率≤12%的素材按常规方法干 燥，再在温度为50℃～80℃的条件下预热处理，再以10℃/h～18℃/h的速度升温至95℃～ 105℃，接着以3℃/h～8℃/h的速度升温至120～130℃干燥至含水率几乎降到0%，然后，再 经过高温炭化处理得到炭化木。但是经过炭化处理的炭化木还存在以下几方面的缺陷：第 一，在抗湿胀方面，虽然湿胀率有较大幅度的降低，但在多雨季节，室内的相对湿度有可能 会达到95%以上或者在炭化木地板上用水多次擦洗后仍会出现严重的变形，防腐性能一般； 第二，经过深度炭化处理后强度和表面硬度下降，导致表面上炭粉末容易脱落。 因此，发明一种防腐性好且强度高的炭化木对木材加工技术领域是很有必要的。 3 CN 111605013 A 说 明 书 2/6 页
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题，针对目前炭化木中仍含有纤维素和木质素的存在， 具有一定吸水特性，防腐性能一般，并且市面上炭化木的强度和硬度有限，市场得不到拓展 的缺陷，提供了一种高强度防腐炭化木的制备方法。 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是： 一种高强度防腐炭化木的制备方法为： （1）将原木板材置于炭化箱层板间中，炭化箱下方用坩埚装有氨水溶液，先加热升温至 130～140℃，待炭化箱中空气相对湿度升至80～90%，继续升温至190～200℃，保温处理3～ 4h，得到热改性木材； （2）将上述热改性木材板材放入炭化窑内先预热升温80～90℃，干燥处理2～3h得到绝 干木材板材，继续升温，保温进行深度炭化处理，随后降温至100～130℃进行加湿处理，，再 降温至40～50℃进行保湿处理，得到纤维饱和湿炭化木； （3）将纤维饱和湿炭化木置于浸渍罐内，将浸渍罐抽真空，然后注入铝硅增强剂，使铝 硅增强剂完全浸没，真空负压浸渍1～4h，然后放空，排尽铝硅增强剂后，向浸渍罐中加入蛋 白粘结剂，接着加压，继续浸渍2～3h，取出后置于通风处晾干后，得到高强度防腐炭化木； 所述的蛋白粘结剂具体制备步骤为： 按重量份数计，向四口烧瓶中加入180～200份蒸馏水，用质量分数为35%的氢氧化钠溶 液调节pH到9～10，加热升温至90～100℃，加入40～50份大豆粉，保温搅拌处理10～15min， 降温至60～70℃，随后加入10～12份苯酚，保温处理15～20min，再加入100～120份质量分 数为30%的甲醛水溶液，反应1～2h，自然冷却至室温得到蛋白粘结剂； 所述的铝硅增强剂具体制备步骤为： 按重量份数计，将20～30份轻烧铝矾土分散于100～150份水，搅拌分散制成分散液，向 分散液中加入质量分数为20%的磷酸溶液，调节分散液的pH值为5～6，得到含铝液，将含铝 液、二氧化硅水溶胶浆液混合，得到铝硅增强剂。 所述的高强度防腐炭化木具体制备步骤（1）中所用氨水溶液质量分数优选为20%。 所述的高强度防腐炭化木具体制备步骤（1）中原木板材优选为针叶木板材，可以 是马尾松板材、落叶松板材、红松木板材、云杉木板材的一种。 所述的高强度防腐炭化木具体制备步骤（2）中深度炭化处理温度控制为195℃～ 220℃。 所述的高强度防腐炭化木具体制备步骤（2）中进行保湿处理过程中控制炭化窑内 空气相对湿度为90～95%。 所述的高强度防腐炭化木具体制备步骤（3）中抽真空后浸渍罐内压控制为0.003 ～0.005MPa。 所述的高强度防腐炭化木具体制备步骤（3）中加入蛋白粘结剂后加压浸渍时压力 控制为2.0～2.5MPa。 所述的蛋白粘结剂具体制备步骤中各组分原料，按重量份数计，包括180～200份 蒸馏水、质量分数为35%的氢氧化钠溶液、40～50份大豆粉、10～12份苯酚、100～120份质量 分数为30%的甲醛水溶液。 所述的铝硅增强剂具体制备步骤中含铝液、二氧化硅水溶胶浆液混合体积比为2︰ 4 CN 111605013 A 说 明 书 3/6 页 1。 本发明的有益效果是： （1）本发明的木材热改性处理过程中，半纤维素首先脱乙酞化释放乙酸，在有机酸的催 化作用下，半纤维素和纤维素多糖进一步降解，无定性区纤维素降解导致纤维素结晶度增 加，木质素分裂出甲醛和糠醛等醛类，同时发生缩聚和交联反应，伴随形成醌和酮，使其颜 色加深，同时含量增加，随着有机酸浓度的增加，纤维素参与降解反应，分子量降低，结晶度 增加，有机酸与木材细胞壁的经基发生醋化反应，形成木质素间以及木质素与碳水化合物 间的交联，也减少了亲水性的羟基，提高防腐性能，而在热改性过程中使用氨水溶液，使热 改性过程中产生的乙酸与氨气反应，降低乙酸蒸汽浓度，从而提高半纤维素的降解率，而半 纤维素是木材中比较容易分解利用的营养物质，因而从微生物方面看，这有利于提高木材 的防腐性能； （2）本发明原木板材经过深度炭化处理后，能够使木材分子结构得到不同程度的重组， 使木材板材的基本分子结构葡萄糖基上的部分亲水基团转换成醚键放出水，从而破坏了葡 萄糖分子结构，而在木纤维、木素中减少亲水的干缩湿胀特性的同时，也失去了滋补生物的 营养成份，因而可以防缩胀，免疫虫菌，但是木材经过热改性和深度碳化处理后有一定质量 损失，会降低其硬度和强度，因而本发明使用低乙酰基含量的针叶木，并通过降温保湿处理 使炭化木的含水率达到纤维饱和点再用铝硅增强剂进行增强，能够使铝硅增强剂更好的渗 透炭化木内，达到提高炭化木的强度和硬度的效果，而加压浸渍的蛋白粘结剂是羟甲基化 蛋白进一步与苯酚进行反应产生的防水性树脂，可以有效的对木材裂缝进行填充，粘结补 强，具有广阔的应用前景。
本发明公开了一种高强度防腐炭化木的制备方法，属于木材加工技术领域。本发明的木材热改性处理过程中，半纤维素首先脱乙酞化释放乙酸，在有机酸的催化作用下，半纤维素和纤维素多糖进一步降解，无定性区纤维素降解导致纤维素结晶度增加，木质素分裂出甲醛和糠醛等醛类 全部
背景技术：
炭化木素有物理“防腐木”之称，也称为热处理木。源自欧洲，有十余年的使用历 史，炭化木近5年炭化防腐木引入中国，由于它具有区别于普通木材的优越性能，且更为环 保，从而深受用户青睐。炭化木是指用180℃～250℃的高温高压对木材进行长时间热解处 理得到的木材。经过高温处理的炭化木纹理突出，颜色华贵，并有木质芳香，是尊贵的装饰 材料。 按使用环境分为室外级炭化木和室内级炭化木。按使用功能分装饰用炭化木和结 构用炭化木。表面炭化木是用氧焊枪烧烤，使木材表面具有一层很薄的炭化层，对木材性能 的改变可以类比木材的油漆，但可以突显表面凹凸的木纹，产生立体效果。应用方面集中在 工艺品、装修材料和水族罐制品。也称为工艺炭化木、炭烧木。深度炭化木也称为完全炭化 木、同质炭化木。是经过200度左右的高温炭化技术处理的木材，由于其营养成分被破坏，使 其具有较好的防腐防虫功能，由于其吸水官能团半纤维素被重组，使产品具有较好的物理 性能，深度炭化防腐木是真正的绿色环保产品，尽管产品具有防腐防虫性能，却不含任何有 害物质，不但提高了木材的使用寿命，而且不会在生产过程中使用过程中以及使用后的废 料处理对人体、动物和环境有任何的负面影响。 深度炭化木在欧洲有接近十年的使用经验，是禁用CCA防腐木材后的主要换代产 品。炭化生产工艺原理木材快速加热至100℃，经过干燥过程使木材含水率干燥至3～4%，并 根据不同的炭化等级要求，木材的温度加热到190～212℃；随后干燥窑内温度下降到低于 100℃；水蒸气取代空气充斥整个干燥窑内。经过炭化和冷却过程后，让木材吸收水蒸气，含 水率有所提高，达到稳定后降温冷却。 现有的深度炭化木大多是通过高温进行深度炭化处理得到炭化木，所述深度炭化 处理并不仅是几何尺寸的深度，主要是包含了炭化程度的深浅，即炭化率的大小，一般来说 炭化阶段的温度越高，时间越长，则炭化深度越深。如中国专利申请（公开号： CN101069972A）公开了一种热处理炭化木材的方法，先将含水率≤12%的素材按常规方法干 燥，再在温度为50℃～80℃的条件下预热处理，再以10℃/h～18℃/h的速度升温至95℃～ 105℃，接着以3℃/h～8℃/h的速度升温至120～130℃干燥至含水率几乎降到0%，然后，再 经过高温炭化处理得到炭化木。但是经过炭化处理的炭化木还存在以下几方面的缺陷：第 一，在抗湿胀方面，虽然湿胀率有较大幅度的降低，但在多雨季节，室内的相对湿度有可能 会达到95%以上或者在炭化木地板上用水多次擦洗后仍会出现严重的变形，防腐性能一般； 第二，经过深度炭化处理后强度和表面硬度下降，导致表面上炭粉末容易脱落。 因此，发明一种防腐性好且强度高的炭化木对木材加工技术领域是很有必要的。 3 CN 111605013 A 说 明 书 2/6 页
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题，针对目前炭化木中仍含有纤维素和木质素的存在， 具有一定吸水特性，防腐性能一般，并且市面上炭化木的强度和硬度有限，市场得不到拓展 的缺陷，提供了一种高强度防腐炭化木的制备方法。 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是： 一种高强度防腐炭化木的制备方法为： （1）将原木板材置于炭化箱层板间中，炭化箱下方用坩埚装有氨水溶液，先加热升温至 130～140℃，待炭化箱中空气相对湿度升至80～90%，继续升温至190～200℃，保温处理3～ 4h，得到热改性木材； （2）将上述热改性木材板材放入炭化窑内先预热升温80～90℃，干燥处理2～3h得到绝 干木材板材，继续升温，保温进行深度炭化处理，随后降温至100～130℃进行加湿处理，，再 降温至40～50℃进行保湿处理，得到纤维饱和湿炭化木； （3）将纤维饱和湿炭化木置于浸渍罐内，将浸渍罐抽真空，然后注入铝硅增强剂，使铝 硅增强剂完全浸没，真空负压浸渍1～4h，然后放空，排尽铝硅增强剂后，向浸渍罐中加入蛋 白粘结剂，接着加压，继续浸渍2～3h，取出后置于通风处晾干后，得到高强度防腐炭化木； 所述的蛋白粘结剂具体制备步骤为： 按重量份数计，向四口烧瓶中加入180～200份蒸馏水，用质量分数为35%的氢氧化钠溶 液调节pH到9～10，加热升温至90～100℃，加入40～50份大豆粉，保温搅拌处理10～15min， 降温至60～70℃，随后加入10～12份苯酚，保温处理15～20min，再加入100～120份质量分 数为30%的甲醛水溶液，反应1～2h，自然冷却至室温得到蛋白粘结剂； 所述的铝硅增强剂具体制备步骤为： 按重量份数计，将20～30份轻烧铝矾土分散于100～150份水，搅拌分散制成分散液，向 分散液中加入质量分数为20%的磷酸溶液，调节分散液的pH值为5～6，得到含铝液，将含铝 液、二氧化硅水溶胶浆液混合，得到铝硅增强剂。 所述的高强度防腐炭化木具体制备步骤（1）中所用氨水溶液质量分数优选为20%。 所述的高强度防腐炭化木具体制备步骤（1）中原木板材优选为针叶木板材，可以 是马尾松板材、落叶松板材、红松木板材、云杉木板材的一种。 所述的高强度防腐炭化木具体制备步骤（2）中深度炭化处理温度控制为195℃～ 220℃。 所述的高强度防腐炭化木具体制备步骤（2）中进行保湿处理过程中控制炭化窑内 空气相对湿度为90～95%。 所述的高强度防腐炭化木具体制备步骤（3）中抽真空后浸渍罐内压控制为0.003 ～0.005MPa。 所述的高强度防腐炭化木具体制备步骤（3）中加入蛋白粘结剂后加压浸渍时压力 控制为2.0～2.5MPa。 所述的蛋白粘结剂具体制备步骤中各组分原料，按重量份数计，包括180～200份 蒸馏水、质量分数为35%的氢氧化钠溶液、40～50份大豆粉、10～12份苯酚、100～120份质量 分数为30%的甲醛水溶液。 所述的铝硅增强剂具体制备步骤中含铝液、二氧化硅水溶胶浆液混合体积比为2︰ 4 CN 111605013 A 说 明 书 3/6 页 1。 本发明的有益效果是： （1）本发明的木材热改性处理过程中，半纤维素首先脱乙酞化释放乙酸，在有机酸的催 化作用下，半纤维素和纤维素多糖进一步降解，无定性区纤维素降解导致纤维素结晶度增 加，木质素分裂出甲醛和糠醛等醛类，同时发生缩聚和交联反应，伴随形成醌和酮，使其颜 色加深，同时含量增加，随着有机酸浓度的增加，纤维素参与降解反应，分子量降低，结晶度 增加，有机酸与木材细胞壁的经基发生醋化反应，形成木质素间以及木质素与碳水化合物 间的交联，也减少了亲水性的羟基，提高防腐性能，而在热改性过程中使用氨水溶液，使热 改性过程中产生的乙酸与氨气反应，降低乙酸蒸汽浓度，从而提高半纤维素的降解率，而半 纤维素是木材中比较容易分解利用的营养物质，因而从微生物方面看，这有利于提高木材 的防腐性能； （2）本发明原木板材经过深度炭化处理后，能够使木材分子结构得到不同程度的重组， 使木材板材的基本分子结构葡萄糖基上的部分亲水基团转换成醚键放出水，从而破坏了葡 萄糖分子结构，而在木纤维、木素中减少亲水的干缩湿胀特性的同时，也失去了滋补生物的 营养成份，因而可以防缩胀，免疫虫菌，但是木材经过热改性和深度碳化处理后有一定质量 损失，会降低其硬度和强度，因而本发明使用低乙酰基含量的针叶木，并通过降温保湿处理 使炭化木的含水率达到纤维饱和点再用铝硅增强剂进行增强，能够使铝硅增强剂更好的渗 透炭化木内，达到提高炭化木的强度和硬度的效果，而加压浸渍的蛋白粘结剂是羟甲基化 蛋白进一步与苯酚进行反应产生的防水性树脂，可以有效的对木材裂缝进行填充，粘结补 强，具有广阔的应用前景。
