專利名稱：一種速生材阻燃增強木皮及其生產方法
技術領域：
本發明涉及木材功能性改良方法，尤其是涉及一種經木材炭化熱處理和阻燃增強處理工藝改良的速生材阻燃增強木皮及其生產方法，屬于木材功能性改良及木材加工技術領域。
背景技術：
通常所說的木皮是用干燥好后的鋸材通過框鋸、帶鋸或多片鋸剖分而得到的厚度為2 5mm的薄板稱為木皮，木皮通常是用作實木復合地板及實木家具表面裝飾用的材料。 現有的普通木皮都是珍貴的硬闊葉材，對珍貴硬闊葉材的利用不利于環境保護和林業產業的可持續發展。而且由于木皮特別是速生材木皮末經改良其平衡含水率高，非常容易受到環境溫濕度變化的影響，容易導致其瓦片變形，有的瓦片變形大的甚至開裂，或者變形小的用于生產實木復合地板進行強制復原時也有很大部分產生開裂，而且即使制作成實木復合地板或實木家具時，也容易使地板或家具產品變形，降低產品質量。木皮的瓦片變形開裂不僅增加了加工難度、降低了木材的出材率、而且也增加了企業經營成本。隨著硬闊葉材森林資源的大量減少，木皮的價格也在一路的上漲，因此，很多企業都開始以價格低廉的速生材為原料制成速生材木皮，部分替代現在的硬闊葉材木皮。但速生材生長速度快，材質軟，容易變形，所制成的速生材木皮比硬闊葉材木皮還容易瓦片變形開裂，質量上、紋理上都無法與現有的硬闊葉材木皮相比，而且速生材木皮抽提物多，容易發生霉變藍色，影響表面裝飾，都大大降低了速生材木皮的質量和使用性能。因此，對木皮進行功能性改良，以降底木皮的平衡含水率，減小環境溫濕度變化對木皮平整度的影響，賦予木皮特別是速生材木皮更多的性能如尺寸穩定性好，耐腐耐候性強，具有阻燃表面硬度提高等功能，同時也改善木皮的裝飾效果。中國專利文獻CN1868704A公開了 “一種木材炭化處理方法”技術專利，其制造方法包括a.將木材整齊碼垛并在木材堆頂部按lt/m2的標準加壓鋼板框澆混凝土壓塊，然后裝入木材炭化設備中；b.在木材炭化設備中采用階梯式連續升溫方法，將溫度按每4 6 小時提高3 7°C的速度升溫至120 140°C ；c.采用階梯式連續升溫方法，按每1 3小時提高8 12°C的速度升溫至160 240°C，并在最高溫度下保持3 6小時，炭化處理過程結束；d.待炭化結束后，停止加熱，采用噴霧化水方法讓木材緩慢降溫到100°C，然后通入100°C的飽和蒸汽對木材進行調濕回潮處理，處理時間為6 8小時，將木材的含水率回調到4 6%;e.木材在自然條件下冷卻到溫度高于室溫15 30°C出窯。上述炭化處理方案生產周期長，能耗高，產量低。中國專利文獻CN101069972A公開了“一種熱處理炭化木材的生產方法”技術專利，其步驟包括(1)準備階段將含水率< 12%的待處理木材，按常規干燥法堆垛放入木材炭化窯內，并關閉木材炭化窯的大門和進、排氣口 (2)預熱階段將窯內介質溫度在1 3h內升到50 80°C ； (3)升溫階段將窯內介質溫度以10 18°C /h的速度升溫到95 105°C ；接著以3 8V /h的速度升溫到120 130°C對素材進行高溫干燥，并且木材內部的含水率幾乎降到0 ；再以12 20°C /h的速度升溫到185 220°C之間；在此升溫階段中采用間歇式噴蒸法進行噴蒸處理；(4)保溫階段當窯內介質溫度達到所要求的溫度以后， 保持窯內溫度在185 220°C之間，保持炭化溫度2 他；(5)降溫階段關閉熱源，采用間歇式噴蒸法降溫，使窯內介質溫度以12 18°C /h的速度降溫到120 140°C ；接著采用進排氣口間歇開合和間歇式噴蒸法進行降溫，使窯內介質溫度以4 8°C /h的速度降溫到 70 85°C，采用間歇式噴蒸法進行噴蒸處理，維持1 4h，使木材含水率達到4 9% ；再自然降至室溫出窯。這一熱處理工藝只適用于小批量實驗室且厚度不大的木材板材，不能用于大規模工業化生產。經多年生產經驗證明如用上述方案處理木材的初含水率高于8% 以上，木材厚度大于20mm時，會使木材在處理后，容易產生表裂和內裂，而且采用上述的間歇式噴蒸升溫和降溫，很容易引起在炭化處理過程中發生起火，以15 20°C/h的速度升溫到185 220°C之間處理木材，會由于木材受熱不均，使處理出來的木材材色表里不均，會大大降低木材出材率和降低木材等級。而且上述方案仍然存在著生產時間長，能耗高，產量低。中國專利文獻CN1651202AO005-8-11)曾公開“木材木制品阻燃劑及其處理方法”，其處理方法是將木材如板、木條等，木制品如細木工板、木質膠合板、纖維板等，放入處理罐中，封閉罐門；抽真空至真空度為0. 084士0. OOSMPa,同時保持10 90分鐘；然后將阻燃劑于常溫下注入上述真空狀態下的處理罐中，同時加壓至0. 2 1. OMPa時保持1 6MPa，卸掉壓力及排空阻燃劑；然后再對處理罐抽真空至真空度為0. 084士0. 008MPa,同時保持20 90分鐘，最后排除真空。然而該方法生產工藝復雜，生產成本高，而且所得到的阻燃型材尺寸穩定性差、或容易發生霉變藍變、或不耐腐朽使用壽命短的缺陷。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種速生材阻燃增強木皮及其生產方法，它集合炭化熱處理和阻燃增強處理木皮二者的優點，克服其各自的缺點，有利于產業化生產。具體就是炭化熱處理改善了速生材木皮紋理色澤，使速生材木皮的紋理顯現色澤飽滿，同時也解決了現有木皮容易發生瓦片變形開裂，解決了速生材木皮容易發生霉變藍變、容易腐朽，影響木皮后續加工及影響后續加工所得到產品的質量，且而提高了木皮特別是速生材木皮的尺寸穩定性、耐腐耐候性延長了木皮的使用壽命，而且經炭化熱處理改良后打通了木皮的紋孔導管，極大地提高了木皮的滲透性；但同時炭化熱處理也使木皮特別是速生材木皮的表面硬度降低，使木材特別是速生材更容易燃燒。但炭化熱處理后木材良好的滲透性為阻燃增強處理實施提供了非常好的前提條件，通過后續阻燃增強處理，可很好地克服了炭化熱處理木皮產生的缺陷，同時提高了木皮的阻燃性能和表面硬度，實現了炭化熱處理木皮和阻燃增強處理木皮二者優點的有效結合。本發明技術方案與現有技術相比，具有生產工藝簡單，生產周期短，能耗低，生產成本低等優點。所處理得到的木皮平衡含水率低，減小環境溫濕度變化對木皮平整度的影響，提高木皮的尺寸穩定性，耐腐耐候性，延長木皮的使用壽命，同時使木皮特別是對于速生材木皮具有阻燃和表面增強的性能，提高木皮的裝飾效果， 克服了速生材紋理單一，使速生材木皮紋理顯現、色澤飽滿裝飾效果好更突出的優點。本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的一種速生材阻燃增強木皮，是經炭化熱處理和阻燃增強處理后厚度為2 5mm速生材木皮，所述速生材木皮的燃燒性能達B_s2，d2，t2以上，耐腐等級達強耐腐級重量損失 0 10 %，表面硬度比素材提高40 %以上，含水率在7. 0 11. 0 %，平衡含水率小于6.0%。作為優選，所述的一種速生材阻燃增強木皮所用的木材為速生材馬尾松、楊木、輻射松、杉木。本發明以速生材為原料，速生材生長速度快、成材周期短10 15年便可成材的樹種，除上述優選速生材樹種外，還可選樟子松、南方松、泡桐、歐洲云杉等。但由于速生材質地較軟，而炭化熱處理后又會進一步降低其表面硬度，通過本發明的阻燃增強處理，可以選擇性地采用無機阻燃處理與有機阻燃處理使速生材木皮表面硬度提高。集合炭化熱處理木皮和阻燃增強處理木皮的優點，克服其各自的缺點，使處理得到的木皮尺寸穩定性高，耐腐耐候性強，阻燃劑滲透均勻阻燃效果好，木皮表面硬度高，生產設備簡單，生產成本低，木材出材率高；克服了炭化木熱處理材不具有阻燃性的問題，克服了現有阻燃處理常壓技術條件下處理普通木皮時，阻燃劑不能均勻很好地滲透入木皮里，而且經阻燃處理的木皮特別是速生材木皮在干燥和使用過程中容易發生瓦片、端裂、霉變藍變等以及穩定性差、不耐腐不耐候。本發明的上述速生材阻燃增強木皮的生產方法，包括以下步驟(1)木皮制作步驟將速生材板材鋸制成2. 2 5. 5mm厚的木皮；(2)第一次疊加干燥步驟把4 8層速生材木皮疊加在一起為一疊整體進行干燥使其含水率< 14% ；(3)炭化熱處理步驟將疊加干燥好的速生材木皮保持干燥時木皮疊加狀態，送進熱處理窯里快速加熱加濕直接升溫到190 200°C的條件對木皮進行炭化熱處理3 4h ；(4)阻燃增強處理步驟是在常壓下浸漬液溫度為20°C 80°C條件下，對炭化熱處理后的速生材木皮立即直接先浸漬到無機阻燃劑中浸漬時間為2 4h，然后經干燥后使木皮的含水率< 12%后，再浸漬到低分子樹脂中浸漬時間為0. 5 池；(5)第二次疊加干燥步驟把4 8層速生材木皮疊加在一起為一疊整體進行干燥使木皮含水率為7. 0 11. 0%。作為優選，所述木皮制作步驟是把速生材鋸板材框鋸機或多鋸片機剖成2. 2 5. 5mm厚的木皮。作為優選，所述第一次疊加干燥步驟是把4 8片速生材木皮疊加在一起為一疊整體，采用規格統一的托盤和鋁合金隔條，堆垛時隔條距木皮端面在5cm以內，隔條間距在10 20cm，隔條整齊在堅直方向上成一條直線，在堆垛好木皮堆上壓水泥塊，置于氣干棚中先進行氣干干燥，后移到干燥窯里進行窯干干燥，或直接置于干燥窯中進行常規干燥， 使木皮的含水率< 14%。對木皮，特別是速生材木木皮前期采用氣干先使木皮的含水率降低到25%后，使木皮已渡過易皺縮含水率40 60%，就不容易出現干燥缺陷，再采用窯干常規干燥時，將木皮干燥至含水率< 14%。這是因為在氣干干燥的過程中，白天溫度高風量大，起到干燥的作用，但到了晚上溫度低，木材周圍濕度大，起到了平衡處理的作用，內高外低的含水率使得木材里面的水份往外木材表面移動，從而形成白天干燥，晚上平衡這一個循環，從而可以有效克服木材干燥殘余應力的產生，及削弱了皺縮的成因。而且這還是一種節能環保的干燥方法。 作為另一優選，所述第一次疊加干燥步驟是把4 8片木皮疊加在一起為一疊整體，采用規格統一的托盤和鋁合金隔條，堆垛時隔條距木皮端面間距在5cm以下，隔條間距在10 20cm，隔條整齊在堅直方向上成一條直線，在堆垛好木皮堆上壓壓塊，置于干燥窯中直接進行常規干燥，使木皮的含水率< 14%。作為優選，所述炭化炭化熱處理步驟是把疊加干燥好的速生材木皮保持干燥時木皮疊加狀態，直接用叉車送進熱處理窯里，關閉熱處理窯門，同時開啟加熱和加濕閥門， 快速加熱加濕直接升溫到190 200°C對木皮進行熱處理改良3 4h，熱處理結束后關閉加熱采用噴射霧化水方法讓木材熱處理設備內溫度快速降溫至110 120°C時，結束噴霧化水和停止加濕，自然降溫到窯內40 60°C時即可出窯。干燥木皮含水率降低到彡14% 后，采用快速加熱加濕升溫直接到190 200°C對木皮進行熱處理改良，在快速加熱加濕升溫過程中所產生的殘余應力，由于木皮薄殘余應力小，相互疊加在一起的木皮平衡掉其應力一部分，規格統一的托盤和鋁合金隔條及隔條的擺放方式也會平衡掉木皮的其余殘余應力，從而防止了木皮在熱處理過程中產生變形開裂缺陷。而且采用木皮疊加為一疊整體的方式進行熱處理，即保證了熱處理所得到木皮的平整度，也保證了保證了產量。另外本技術工藝縮短了熱處理改良時間，提高了產品質量，在熱處理改良過程中采用190°C 200°C高溫高濕條件下處理木皮，溶解木皮抽提物，使木皮里的活性基團如羥基等減少，打通木皮導道和紋孔，而又不會使木皮的表面硬度和靜曲強度降低得很大，并使木皮特別是速生材木皮擁有更出色的材色，而且此過程還可以有效改善木皮瓦片，使得其后浸漬阻燃增強處理的木材出材率高。此外，本技術工藝還具有改良生產安全簡單，不會引發著火，木材受熱均勻，處理出來的木材材色表里均勻，木材出材率高，在快速降溫后，木材的含水率很低，大約在1. 5 % 3 %，形成外高內低的木材含水率梯度，有利于其后阻燃劑的滲入。作為進一步優選，所述炭化熱處理步驟是在快速加熱加濕升溫過程中濕球溫度小于100°C時要保持干球溫度大于濕球溫度20 30°C，直至濕球溫度彡IOO0C，保持窯里充滿蒸汽。作為優選，所述阻燃增強處理步驟是在常壓下浸漬液溫度為20°C 80°C條件下，對炭化熱處理后的速生材木皮立即直接先浸漬到無機阻燃劑中浸漬時間為2 4h，然后經干燥后使木皮的含水率< 12%后，再浸漬到低分子樹脂中浸漬時間為0. 5 池。作為進一步優選，所述的無機阻燃劑為質量濃度為10 20%的水溶性磷-氮-硼阻燃劑、聚磷酸銨阻燃劑、聚磷酸銨-硼酸鋅復合阻燃劑、磷酸胍阻燃劑或硼酸鋯阻燃劑； 所述的低分子樹脂溶液為三聚氰胺、酚醛樹脂、異氰酸酯、酚醛樹脂改性的尿醛樹脂或異氰酸改性的尿醛樹脂。先浸漬到無機阻燃劑中后浸漬到低分子樹脂中起到二次增強木材阻燃性能，同時能增加木皮表面硬度。由于阻燃處理前已對木材進行了炭化熱處理，具有防腐耐候和高穩定性性能，因此本發明選用的阻燃劑可以不具備防腐防霉性，也不需要尺寸穩定增強劑，只需阻燃劑只具有阻燃性能即可，從而可以選用成本低的阻燃劑，降低了生產成本。作為更進一步優選，所述的酚醛樹脂固含量為20 50%，PH為6. 5 7. 5，相對黏度為2. 5 4. 7。作為優選，所述的第二次疊加干燥步驟是把阻燃處理后4 8片木皮疊加在一起為一疊整體，采用規格統一的托盤和隔條，堆垛時隔條距木皮端面在5cm以內，隔條間距在10 20cm，隔條整齊在堅直方向上成一條直線，在堆垛好木皮堆上壓水泥塊，直接置于干燥窯中進行常規干燥，使木皮的含水率7. 0 11. 0%。作為優選，所述的速生材阻燃增強木皮，可應用于阻燃實木復合門面板、阻燃實木復合地板面板及其他阻燃木制品面板。綜上所述，本發明具有以下有益效果1.本發明集合炭化熱處理和阻燃增強處理二者的優點，克服其各自的缺點，使處理得到木皮尺寸穩定性高，耐腐耐候性強，阻燃劑滲透全且均勻阻燃效果好，生產設備簡單，生產成本低，木材出材率高；克服了熱處理改良木材不具有阻燃性的問題，克服了現有阻燃處理常壓技術條件下處理普通木皮時，阻燃劑不能均勻很好地滲透入木皮里，而且經阻燃處理的木皮特別是速生材木皮在干燥和使用過程中容易發生瓦片、端裂、霉變藍變等以及穩定性差、不耐腐不耐候；經過本發明熱處理改良后的木皮閉塞導道和紋孔被打通，加上熱處理后形成的外高內低的木材含水率梯度，有利于阻燃液滲透到木皮內部，后進行的低分子松脂浸漬使得阻燃劑不易流失，有效解決了阻燃劑的易流失問題，使處理得到的速生材木皮材色美觀呈現出柚木、榆木、櫟木等珍貴樹種紋理色澤；2.采用氣干與窯干聯合干燥技術，可有效防止木皮發生霉變或藍變對木材表面美觀度的影響，降低木皮的等級，這是一種非常節能環保適合于木皮干燥的方法；3.采用疊加干燥方式進行干燥和熱處理改良，即可以防止干燥缺陷和熱處理缺陷的產生，提高出材率和產量，而又可以加快干燥速度和熱處理改良速度，提高生產效率和產量，又能保證干燥質量和熱處理所得木皮質量；4.本技術方案的炭化炭化熱處理步驟，是專門為木皮而開發設計的，具有生產工藝簡單，生產周期短，生產效率高，生產成本低，木皮平整度好可達100 %出材率，可實現連續化、大規模產業化生產的高效節能熱處理改良工藝，與現有技術有質的差別和質的突破， 如按本技術方案處理木材，會使處理得到的木材出現表裂、內裂、端裂和彎曲變形缺陷；而且還能使速生材木皮的紋理呈現出柚木、榆木、櫟木等珍貴樹種紋理色澤，另外速生材經改良后其滲透性提高幅度更大，其所得型材阻燃效果更好；5.本發明以速生材為原料，由于速生材質地較軟，而熱處理改良后又會略降低其表面硬度，通過本發明的技術方案，使得本發明速生材木皮的表面硬度提高，可取代硬闊葉材木皮直接應用于家具、地板、木門的面板，對速生材的高附加值高檔應用，可減少熱帶雨林砍伐，節約森林能源，成為制造家居用品的理想材料。
具體實施例方式實施例一(1)木皮制作步驟選取馬尾松鋸材，通過框鋸機剖成5. 5mm厚的馬尾松木皮。(2)第一次疊加干燥步驟把4片5. 5mm厚的馬尾松木皮疊加在一起為一疊，采用規格統一的托盤和鋁合金隔條，堆垛時隔條距木皮端面間距在5cm以內，隔條間距在20cm， 隔條整齊在堅直方向上成一條直線，在堆垛好木皮堆上壓水泥塊，置于氣干棚中先進行氣干干燥即(晝夜平均溫度25. 3°C，晝夜平均風速2. lm/s,時季9月份)，使木皮含水率降低到25%左右時，再移到干燥窯中進行窯干干燥，使木皮的含水率< 14%，所采用的氣干與窯干聯合干燥工藝見表1。 表1馬尾松木皮氣干與窯干聯合干燥工藝
權利要求
1.一種速生材阻燃增強木皮，其特征在于是經炭化熱處理和阻燃增強處理后厚度為 2 5mm速生材木皮，所述速生材木皮的燃燒性能達B-s2，d2, t2以上，耐腐等級達強耐腐級重量損失0 10%，表面硬度比素材提高40%以上，含水率在7. 0 11. 0%，平衡含水率小于 6. 0%。
2.根據權利要求1所述的一種速生材阻燃增強木皮的生產方法，其特征在于，包括以下步驟(1)木皮制作步驟將速生材板材鋸制成2.2 5. 5mm厚的木皮；(2)第一次疊加干燥步驟把4 8層速生材木皮疊加在一起為一疊整體進行干燥使其含水率< 14% ；(3)炭化熱處理步驟將疊加干燥好的速生材木皮保持干燥時木皮疊加狀態，送進熱處理窯里快速加熱加濕直接升溫到190 200°C的條件對木皮進行炭化熱處理3 4h ；(4)阻燃增強處理步驟是在常壓下浸漬液溫度為20°C 80°C條件下，對炭化熱處理后的速生材木皮立即直接先浸漬到無機阻燃劑中浸漬時間為2 4h，然后經干燥后使木皮的含水率< 1 后，再浸漬到低分子樹脂中浸漬時間為0. 5 池；(5)第二次疊加干燥步驟把4 8層速生材木皮疊加在一起為一疊整體進行干燥使木皮含水率為7. 0 11. 0%。
3.根據權利要求2所述的一種速生材阻燃增強木皮的生產方法，其特征在于所述第一次疊加干燥步驟是把4、片速生材木皮疊加在一起為一疊整體，采用規格統一的托盤和鋁合金隔條，堆垛時隔條距木皮端面在5cm以內，隔條間距在10 20cm，隔條整齊在堅直方向上成一條直線，在堆垛好木皮堆上壓水泥塊，置于氣干棚中先進行氣干干燥，后移到干燥窯里進行窯干干燥，或直接置于干燥窯中進行常規干燥，使木皮的含水率< 14%。
4.根據權利要求2所述的一種速生材阻燃增強木皮的生產方法，其特征在于所述炭化熱處理步驟是把疊加干燥好的速生材木皮保持干燥時木皮疊加狀態，直接用叉車送進熱處理窯里，關閉熱處理窯門，同時開啟加熱和加濕閥門，快速加熱加濕直接升溫到190 200°C對木皮進行熱處理改良3 4h，熱處理結束后關閉加熱采用噴射霧化水方法讓木材熱處理設備內溫度快速降溫至11(T12(TC時，結束噴霧化水和停止加濕，自然降溫到窯內 40 60°C時即可出窯。
5.根據權利要求2和4所述的一種速生材阻燃增強木皮的生產方法，其特征在于所述炭化熱處理步驟是在開始快速加熱加濕升溫過程中濕球溫度小于100°c時要保持干球溫度大于濕球溫度20 30°C，直至濕球溫度> 100°C，保持窯里充滿蒸汽。
6.根據權利要求2所述的一種速生材阻燃增強木皮的生產方法，其特征在于所述阻燃增強處理步驟是在常壓下浸漬液溫度為20°C 80°C條件下，對炭化熱處理后的速生材木皮立即直接先浸漬到無機阻燃劑中浸漬時間為2 4h，然后經干燥后使木皮的含水率 (1 后，再浸漬到低分子樹脂中浸漬時間為0. 5 池。
7.根據權利要求2和6所述的一種速生材阻燃增強木皮的生產方法，其特征在于所述的無機阻燃劑為質量濃度為10 20%的水溶性磷-氮-硼阻燃劑、聚磷酸銨阻燃劑、聚磷酸銨-硼酸鋅復合阻燃劑、磷酸胍阻燃劑或硼酸鋯阻燃劑；所述的低分子樹脂溶液為三聚氰胺、酚醛樹脂、異氰酸酯、酚醛樹脂改性的尿醛樹脂或異氰酸改性的尿醛樹脂。
8.根據權利要求2所述的一種速生材阻燃增強木皮的生產方法，其特征在于所述第二次疊加干燥步驟是把阻燃增強處理后4、片木皮疊加在一起為一疊整體，采用規格統一的托盤和隔條，堆垛時隔條距木皮端面在5cm以內，隔條間距在10 20cm，隔條整齊在堅直方向上成一條直線，在堆垛好木皮堆上壓水泥塊，直接置于干燥窯中進行常規干燥，使木皮的含水率7.0 11.0%。
全文摘要
本發明涉及木材功能性改良方法，尤其是涉及一種經木材炭化熱處理和阻燃增強處理工藝改良的速生材阻燃增強木皮及其生產方法，屬于木材功能性改良及木材加工技術領域。速生材阻燃增強木皮的生產方法，包括步驟(1)木皮制作步驟；(2)第一次疊加干燥步驟；(3)炭化熱處理步驟；(4)阻燃增強處理步驟；(5)第二次疊加干燥步驟。集合炭化熱處理和阻燃增強處理二者的優點，克服其各自的缺點，使處理得到的速生材阻燃增強木皮尺寸穩定性高，耐腐耐候性強，阻燃劑滲透均勻阻燃效果好，表面硬度高，紋理顯現色澤飽滿，生產設備簡單，木材出材率高；同時也解決了現有木皮容易發生瓦片變形開裂，解決了速生材木皮容易發生霉變藍變、容易腐朽的缺陷。
文檔編號B27M1/08GK102303336SQ201110174110
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月26日 優先權日2011年6月26日
發明者劉錫麗, 朱林, 潘平 申請人:劉錫麗, 潘平