專利名稱：用于制造浸漬過的木材的裝置和操作系統的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種制造浸漬過的木材和木制物品的方法，且尤其但并非限于應用于用來生產如呋喃聚合物浸漬過的邊材的經聚合物改性的木材的裝置和過程控制技術，以及透過該過程取得的產品。
背景技術：
本申請涉及同時待審的英國專利申請號0906207. 6和0906197. 9，其均涉及一種用于處理浸漬過的木材的優選化學作用。這些同時待審的申請的題材為所有目的以引用的方式并入本申請中。對硬木的需求和其生長緩慢的本質造成了森林砍伐，并產生了相關的長期生態和環境問題。舉例來說，以年率來計算，每年有約80，OOOkm2到100，OOOkm2的熱帶雨林(硬木的苗圃)被伐除。如此大規模的伐林對動植物的多樣性有不利影響，相信全球約20%的溫室氣體排放亦是由此造成的。這些環境上的考慮因素意味著硬木日益昂貴。剛伐下的木材具有相當的含水量，作為“自由”水分存于細胞腔中，并作為“結合” 或“化合”水分使細胞壁飽和。剛鋸下的鋸材通常失去其約50%的總重量，略為收縮，并在其后的干材[使干燥和穩定]過程中變得更強、更硬和更耐用。該干材過程亦改善木材的加工性能以及粘合劑與表面涂層的結合。在該干燥過程中，木材會先失去自由水分，以達到 “纖維飽和點”(FSP)，即細胞腔內并不含有水分，但細胞壁仍飽含結合水分。FSP于硬木含水量為30-35%和軟木含水量為25-30%時出現。木材在干燥期間不會收縮，直到達到FSP 為止，其然后會開始以大致成比例的速度收縮，直到含水量達致平衡為止。使木材改性的第一種方式為木材的熱處理。在Burmester (約1973年)論述的 “水分、熱力和壓力O^euchte，Warme und Druck) ” (FffD)處理中有受控熱解，即木材在超過180°C的溫度下通過使用熱力來進行降解。雖然這熱處理過程在維度穩定性上提供了約 50%至90%之間的改進，但抗彎強度卻降低了 30%。高溫會誘發木材發生應變，而這可增加開裂或斷裂。熱油處理為熱解的一替代方案，在溫度大于180°C但低氧的環境下進行。在由Menz Holz執行的處理過程中，所需的溫度保持2至4小時之間。雖然維度穩定性提升了 40%， 但強度卻降低了 30%。化學改性技術包括i)醚化醚化從與羧酸或酸酐的反應達成，普遍為乙酰化和糠基化 (furfurylation)；ii) 二羥甲基二羥基乙烯脲(“DMDHEU”)處理；iii)反應性油處理；以及iv)疏水化。在乙酰化時，加熱至約70°C后進行浸漬。須移除醋酸和未使用的酸酐。乙酰化木材的維度穩定性似乎提升了 +75%，但硬度僅有中度提升，而強度則不受到太大影響。乙酰化并不會改變木材色澤。然而，當乙酰化木材被曝露在周圍環境中時，則會被嚴重弄污。 一具體問題是霉菌生長。
二羥甲基二羥基乙烯脲(DMDHEU)可在處理木材時使用。然而，使用DMDHEU會產生揮發物，包括甲醛。
在反應性油的處理中，已改性的亞麻仁油有效提供馬來酸酐基團。該過程可使用經改良的現有的雜酚油設施。
疏水化過程會使細胞壁由親水性變成疏水性，以改善木材在潮濕環境下的性能。化學技術有很多種，包括使用硅烷、硅氧烷和硅酮、三聚氰胺以及所謂的“羅伊爾過程 (Royal I^rocess)”，其中固化以熱油處理進行，在其中會添加殺生物劑。任何有毒成分的添加都是不理想的，因為木材回收的必要條件是該些有毒化學物可被移除，以防止它們進入周圍環境。
M. Schneider, Μ. Westin及其他人已描述過經呋喃聚合物改性的木材的生產。水的移除一直以在呋喃聚合物于木組織中形成后，透過木材的傳統窯干來達成。遺憾的是，在任何最終干燥步驟(如同在替代過程中所述的其他高溫干燥步驟)中的高溫經常會誘發已改性的木材的抗張應變，而這種應變會導致不可接受的開裂和變形，并更總體地說會降低質量。避免這種由干燥誘發的應變對硬木(如山毛櫸木、涔木和楓木)來說特別重要。
該些化學過程所產生的多樣性和整體上增強了的性質使該些過程的產品更有吸引力。具體來說，與熱和油處理過程相比，使用化學過程來彷制硬木性質的能力是特別有利的。然而，雖然這些化學物的其中一些有如保存已改性的木材的作用，但其亦有不良影響。 舉例來說，鉻化砷酸銅為普及的防腐劑，但鉻和砷是有毒的。而且，在復雜的樹脂制造設備中以化學過程制備的浸漬溶液的價格昂貴。
糠基化會產生具有高維度穩定性、高耐久性及高抗酸和抗堿性的已改性的木材。 糠醇(FFA)單體被浸漬入細胞中，然后透過水溶液聚合。FFA是從如糖蜜的已水解的生物質廢棄物產生出來的。FFA會產生接枝到細胞壁的高支化交聯呋喃聚合物。Westin已說明過許多這分子的聚合方式，并特別提到FFA會與木質素形成共價鍵。由于木材會變得更硬和更脆弱，故此糠基化會邊際地減少該木材的抗沖擊強度，但這會被剛度的提升(為30%至 80%之間)、維度穩定性的提升(約為30%至80%之間)和耐久性的提升(即對昆蟲和霉菌侵襲的抗性)遠遠抵銷。此外，以呋喃為基礎的聚合物浸漬木材是有利的，因為該已改性的木材不管是在制造階段期間還是在該產物的生命周期期間均不會發放有毒物質。
舉例來說，其中一個迄今所采用的使用FFA來生產已改性的木材的過程需要
1.糠醇(FFA)與水、催化劑和緩沖劑混合，并在使用前存于緩沖槽中。由于FFA有從水中分離的傾向，而所得混合物亦傾向有短的貯藏壽命，故此要添加如硼砂的穩定劑。
2.將木材置于高壓釜中，引入該混合物并施加超壓，以該溶液浸漬該木材。
3.然后使用加熱過程固化該木材。熱力的應用使得聚合作用以有意義的進度進行。遺憾的是，應用的熱力越大，對木材的不良影響就越大。而且，不同品種的木材對高溫的應用有不同反應。軟木較能應付進取的熱處理機制。雖然可選取不同反應物來以中溫以及高溫實現固化，但反應速度將會有相應差異。
4.固化后，木材然后于窯中被弄得干燥，在此時，任何殘留的揮發物和未起反應的混合物會被驅出，讓木材變得干燥并可準備推出市場。在固化后，殘留在木材中的揮發物水平一般已很低，即少于反應物的0. 1%，而這些化學物一般都被鑒定為安全，適合留在該已改性的木材中。已知會以兩種替代方式使主單體FFA起反應i)產生預聚物或低聚物；以及ii) 透過產生通過使到糠醇、甲醛和己二酸起反應而制成的預聚物，添加到呋喃環。透過使FFA 與甲醛起反應，該單體的一部分被轉化成二亞甲基呋喃(bismethanofuran)，以產生比純 FFA更易反應的所得混合物。在該混合物被浸漬入木材前，添加作為聚合催化劑的馬來酸酐到該混合物中。熱力使得該混合物在木材中聚合。在溫度介乎70°C和200°C之間時達成固化。US 2，947，648號專利公開了 FFA、馬來酸酐和水或醇類作為稀釋劑的使用，而二氧化硫則被用作為滲透劑/催化劑。該混合物必須添加引發劑。在前一個步驟中浸漬過該混合物后，在器皿內添加氣態的二氧化硫催化劑到該產物中。為了滲透木材，該混合物必須為低黏度的。可使用水、甲醇或乙醇作為稀釋劑。由于氣體滲透有限，故這方法不太可能產生得到均勻處理、大小為鋸材般的木材成品。該過程亦因硫化物和未起反應的FA釋氣 (off-gasing)而受影響。US 2，909，450號專利公開了 FFA、水和二元或三元有機酸的使用。水被用來溶解氯化鋅催化劑。雖然這混合物可對薄木樣品有效，但其并不能輕易滲透大小為鋸材般的樣品。這就導致了一種有多個階段的方法，其中首先涂上ZnCl2溶液然后讓其變干燥，其后涂上第二未催化的FFA，以達到改善鋸材內的反應物的分布。ZnCl2對木材有高親和力，其因此會保留在該浸漬過的材料的頂層中，而其在固化時會導致蛋殼式浸漬，令該木材的中心得不到保護。此外，色澤梯度經常會在該木材發展，影響整體外形美觀度。最后，已觀察到未起反應的FFA會隨著時間而從該木材濾出，其釋氣會帶來異味問題，并因浪費了 FA而引致商業損失。更為關鍵的是，ZnCl2會影響纖維穩定性，并因此降低該已改性的木材的長期強度。WO 02/043933號專利公開了將FFA、水和馬來酸當作催化劑的使用。US 2，313，953號專利公開了對緩沖劑的需要，以使該些催化劑在木材處理過程中停止過早起作用。該專利公開了硼砂的使用。US 3，622，380號專利只限于生產薄木板。其僅使用大氣壓浸泡。該配方為FFA、 水、多種金屬鹽，以取得不同深淺的色澤和絡化劑。糠基化技術是由Schneider開發的。在第一技術中，木材以糠醇和至少一種選自馬來酸/酸酐、鄰苯二甲酸/酸酐、以及硬脂酸的其他催化劑浸漬。該些催化劑與糠醇有類似的木材親和力，因此會以類似的速度滲透木材。該浸漬溶液是透過在純FA中溶解5%至 20%的催化劑制備的。較低的催化劑濃度有較長的貯藏壽命，但固化得較慢。浸漬是透過滿細胞法來進行的。木材樣品被曝露在真空中5至30分鐘，然后曝露在1至20個大氣的高壓20至60分鐘。然后透過流、熱空氣、熱油或高頻(微波)輻射，通過以下任一方式固化該浸漬過的木材a)在140°C下的單階段加熱過程；或b)在90°C下然后在140°C下的雙階段加熱過程。固化會持續0. 5至12小時，而140°C的情況則維持至少1小時，以摒退未固化的單體和聚合的副產物。為了避免木材燃燒/碳化，可使用無氧氣的大氣。在EP-B-1368167號專利中，Schneider以水稀釋FFA浸漬溶液。添加水致使以雙階段配制，硼砂和木質素磺酸的鈉鹽被添加以作穩定劑。
雖然心材因有較高的天然樹脂含量而有較佳的先天的微生物抗藥性，但這些相同的樹脂會抑制混合物浸漬到心材中。雖然FA —般可遷移到心材中，但馬來酸或馬來酸酐的遷移實屬困難。因此，FA可能會未被聚合，且其可能在曝露于水時從已改性的木材濾出。
總而言之，糠基化技術中，大部分固化和干燥方法均需使用一般對木材的整體處理和調理而言有害的高溫。約140°C以上的高溫，尤其是超過150°C的高溫，會透過破壞細胞結構和透過誘發使木材斷裂或開裂的內應變，改變木材的性質；在硬木加工中更尤其如此。干燥和固化以連續和不同的步驟在不同的腔室中完成。此外，雖然酸性環境被認為對聚合是必需的，但其會影響混合物的貯藏壽命并可使反應容器腐蝕。使用揮發性溶劑則會因為相關的處理和回收的考慮因素而令到成本增加。發明內容
根據本發明的第一方面，提供了控制化學浸漬過的木材的生產的方法，該方法包含i)監察至少以下其中一項a)干燥和固化的合并室的環境，以確定在該環境中化學出氣(out-gasing)的變化或在該環境中浸漬過的木材釋出的水分的變化；以及b)聚合過的木材在該干燥和固化合并室內固化后的特性，以確定應用到不同批次的化學地浸漬過的木材上的不同加工條件所產生的性質上的變化；ii)根據已確定的變化來改變至少在該干燥和固化合并室中的加工條件，該些加工條件是選自以下群組，當中包括至少以下其中一項 a)至少在該干燥和固化合并室中的溫度情況；b)至少在該干燥和固化合并室中的壓力情況；c)用于浸漬和干燥與干燥和固化階段以及階段完成之間的過渡的設定點觸發點(set point trigger)；以及d)用來生產該化學地浸漬過的木材的浸漬溶液的化學成分。
在優選實施例中，該方法進一步包含i)相對于反映木材品種種類和維度參數的批次識別符(batch identifier)，記錄a)在大氣環境中，隨著時間所產生的變化；b)應用于不同木材批次的加工條件隨著時間所產生的變化；以及c)來自各個批次的聚合木材的特性差異；ii)透過相對于與未處理的木材的類似木材品種種類和維度計量的過往累積加工條件，參照聚合木材的理想特性，為未處理的木材的未來批次選擇加工條件。
本發明另一方面提供了木材處理設備，其包含用作干燥和固化的合并室，其被設置成在使用時以受控壓力(而更通常為最初低于環境壓力的壓力或與環境壓力相若)處理化學地浸漬過的木材；連接至該干燥和固化室的監察支系統，該監察支系統在使用時生成反映至少以下其中一項的數據a)該干燥和固化合并室中的環境條件；以及b)聚合木材在該干燥和固化合并室內受到固化后的特性；用于儲存由該監察支系統生成的數據的數據庫；以及連接至該干燥和固化合并室和該數據庫的控制器，該控制器根據來自該監察支系統的數據，至少在該干燥和固化合并室中對木材處理加工行使操作上的控制，而其中該控制器被設置成在使用時i)參照數據庫中的已儲存或已校對的數據來辨識至少以下其中一項a)在該干燥和固化合并室中化學出氣的變化或在該干燥和固化合并室中處理浸漬過的木材所釋出的水分的變化；b)應用到不同批次的化學地浸漬過的木材上的不同加工條件所產生的性質上的變化；以及ii)根據來自該監察支系統的數據來改變至少在該干燥和固化合并室中的加工條件，該些加工條件是選自以下群組，當中包括至少以下其中一項 a)至少在該干燥和固化室中的溫度情況；b)至少在該干燥和固化室中的壓力情況；c)用于浸漬和干燥與干燥和固化階段以及階段完成之間的過渡的設定點觸發點；以及d)用來生產該化學地浸漬過的木材的浸漬溶液的化學成分。本發明又另一方面提供了木材聚合過程控制器，包括儲存木材處理程序編碼的相關記憶體，該編碼由該控制器執行，用于控制至少在干燥和固化合并室中的溫度情況；控制至少在該干燥和固化合并室中的壓力情況；控制用于浸漬和干燥與干燥和固化階段的至少其中一個階段以及階段完成之間的過渡的設定點觸發點；以及控制用來生產化學地浸漬過的木材的浸漬溶液的化學成分；該控制器進一步被設置成在使用時參照該已儲存在記憶體中的數據來辨識至少以下其中一項a)在該干燥和固化合并室中化學出氣的變化或在該干燥和固化合并室中處理浸漬過的木材所釋出的水分；b)應用到不同批次的化學地浸漬過的木材上的不同加工條件所產生的性質上的變化；以及其中該控制器被設置以根據對已儲存數據的解讀，執行會改變至少在該干燥和固化合并室中的加工條件的編碼。在優選實施例中，該木材聚合過程控制器在使用時執行被設置成用于以下用途的編碼分配和儲存反映木材品種種類和維度計量的批次識別符；記錄在該干燥和固化室內的大氣環境中，隨著時間所產生的變化；記錄應用于不同木材批次的加工條件隨著時間所產生的變化；記錄來自各個批次的聚合木材的特性差異；以及透過相對于與未處理的木材的類似木材品種種類和維度計量的過往累積的加工條件，參照聚合木材的理想特性，儲存在記憶體中，為未處理的木材的未來批次選擇加工條件。在某些實施例中，該控制器通常操作到將壓力控制在介乎約0. 1巴和約環境壓力之間。本發明又另一方面提供了在干燥和固化合并室中聚合以單體/低聚物浸漬的木材的方法，以生產帶有理想含水量的木材完成品，該方法包含確定浸漬溶液的吸收和將被聚合的浸漬過的木材批次內的相對含水量；在該干燥和固化室內，在受控壓力條件下引發干燥階段；監察從該干燥和固化室移除水分以及在該干燥和固化室中的大氣環境兩者的其中一項；以及于達致該理想含水量前，在某過程點過渡到固化階段，而該過程點是由在該大氣環境中的水分移除條件和在改變中的條件的至少其中之一確定，而其中該固化階段需要在該干燥和固化合并室中的溫度于經過一段預定時間后得到受控的提升。從優選實施例可見，從干燥到固化的過渡是在溫度和壓力兩者均得到受控的提升的情況下發生的。在多個優選實施例中，從(通常為)低壓(相對于大氣壓)干燥階段到固化階段的過渡是在該木材的含水量水平約為35%至3%之間時發生的，約20%至6%之間為更優選，而約10%則為最優選。在通常情況下，該預定時間約為4小時。本發明又另一方面提供了木材浸漬設備，包括高壓釜，其被設置成在使用時接收用于浸漬的木材連同浸漬溶液，浸漬溶液含有單體或低聚物，其選自糠醇、二羥甲基呋喃、 三羥甲基呋喃、這些化合物的低聚物和縮合產物或其混合物；儲存緩沖器，其包括溫度監察器，該儲存緩沖器通過閥與該高壓釜成流體連通，該儲存緩沖器被選擇性地設置成通過該閥接收浸漬溶液；調熱器，其與該儲存緩沖器相聯；以及控制器，其連接至該溫度監察器， 該控制器在使用時被操作得可透過控制該調熱器來實現在該儲存緩沖器內調節浸漬溶液的溫度。有利的是，本發明的多個方面以單獨和組合的方式提供了一個經改良的系統，其從涉及浸漬單體或低聚物(其選自糠醇、二羥甲基呋喃、三羥甲基呋喃、這些化合物的低聚物和縮合產物以及其混合物)的過程，并透過其后在干燥和固化合并器/階段中合并地干燥和固化而所得的浸漬過的木材，生產聚合物浸漬過的木材(且尤其是糠基化木材)，和特別是控制這些木材的生產。本發明的多個方面的優選實施例容許動態和/或閉環式過程控制，這種控制支持增進生產效率，此外亦為連續的木材批次運送改善糠基化過程的有效性， 以提升已處理的木材的整體質量。
使用本發明的多個方面的加工過程致使木材的連續批次之間與木材的個別批次之間的處理在均質性方面均有整體的改善，以及更好地將含水量控制在預定水平。事實上， 雖然過往所理解到的是，以單體和低聚物浸漬的基底在干燥階段期間會隨同含水量被移除，而這會對已改性的木材有害，但現時發現，可在配備有合適的加熱、真空和冷凝物處理系統的單一壓力室中更有效地進行(在能源和整體時間方面)固化和干燥該以呋喃聚合物改性的木材。
可持續一段長時間重新再用該單體或低聚物以處理更多木材批次的能力會帶來額外利益。
附圖簡述
現將參照附圖，透過并無任何限制性意義的例子，描述本發明的示例性實施例，當中
圖1為按照本發明的一個方面，用于生產已改性的木材的浸漬支系統的優選配置方式的框圖2為按照本發明的獨立但互補的第二方面，用于生產已改性的木材的干燥和固化支系統的優選配置方式的框圖3(含有相關的圖3a至3c)為圖1的浸漬支系統所用的優選控制協定的流程圖； 以及
圖如和4b的組合為用于圖2的干燥和固化支系統的優選控制協定的流程圖。
優選實施例詳述
圖1顯示了按照本發明的一個方面，用于生產已改性的木材的浸漬支系統(10)的優選配置方式的框圖。
該浸漬支系統(10)包括高壓釜(12)，其限定了可密封的容器，滿細胞浸漬法在其中執行。未處理的木材或某數量的木制物品(具不同厚度和剖面)(14)起初被裝載到滑車或托板(16)上，該些未處理的木材(14)被設置成層(18)，并由支撐間隔元件00)分隔著。 為了方便將該些未處理的木材批次裝載到該高壓釜(1 中，該滑車(16)優選地包括轉子或輪子(22)，嚙合入沿著該高壓釜(1 底部延伸的軌道(未顯示)或底板。為了方便移進和移出該高壓釜(12)，該高壓釜(1 外部亦可存有額外軌道(22)，其中外部軌道02)在該高壓釜的門04)打開時與內部軌道或底板對齊。若使用輪式滑車，則要將該滑車(16) (尤其是該些輪子)上鎖定位，以避免其在浸漬過程期間移動。為了避免各層(18)在充填過程期間移動，對該疊未處理的木材的頂部施加重量或力，如透過使用液壓缸和活塞05)。 當然亦可以線捆或夾緊該堆疊物。
為了評估未處理的木材批次的整體含水量，該浸漬支系統(10)可包括某種形式的整合在該滑車(16)內的磅秤裝置(30)或稱重傳感器。已存有許多磅秤的形式，而是，單件的未處理的木材可被稱量然后相加。然而，為了避免要卸載和重新堆疊木材，優選的是(至少)在將該批次運送到高壓釜(1 之前，先確定該批次的總重量。通常來說，未處理的木材的初始含水量以重量計算的話，介乎約15%至約30%之間，而有時會更高。優選的是未處理的木材的含水量一直低于該木材品種的纖維飽和點。浸漬后，該批次對單體的吸收是透過第二重量計量而確定的。該些重量計量會傳達至系統控制器(32)，其通常以計算機、微處理器或專用集成電路實現，并存于記憶體或數據庫(34)中。該控制器(32)包括圖形用戶界面(GUI) (36)，讓其用戶輸入數據和控制系統。就商業環境而言，該高壓釜(12)的內部容量通常可達約 30m3至約 50m3。因此，運送一次來自同一來源的同一木材品種可能需要將該批存貨分成多個批次，分次對該些批次進行多回的浸漬。經過一段時間后，該數據庫(34)會包括以不同單體或低聚物濃度達到既定的浸漬(單體或低聚物吸收)的加壓浸泡時間的列表。在后者這方面，該數據庫反映了均質浸漬一般是透過濃度而非浸泡時間來達成的事實，并因此可從過往累積的數據推斷出特定批次的加工時間。該浸漬支系統亦包括單體(或低聚物)儲存槽(50)和至少一個添加劑槽(5 (并一般為多個添加劑儲存容器)。應可自然理解到，該些添加劑可以粉末或液體形態被運送到該系統中，因此，這些添加劑可以干燥狀態儲存，然后在暫存于一個或多個專用槽或器皿中前被溶解。事實上，該些儲存槽可以散裝運送料斗實現。因此，術語“添加劑”不應被視為具限制性的，反而是具包含性的，以包括粉末、溶液和混合物。用于該單體的添加劑包括緩沖溶液(即pH穩定劑)和催化劑或引發劑。混合槽 (54)被連接至該單體儲存槽(50)和該(些)添加劑槽(52)。在該混合槽中的混合是由位于該混合槽(54)與相應的儲存槽(50)和該(些)添加劑槽(52)之間的閥(56)、(58)的受控操作所調節的。閥由控制器(3 監控。該混合槽(54)可包括連接至該控制器(32) 的PH探測器(59)，借此該控制器(32)可控制已混合的浸漬溶液(60)的pH，以調整該浸漬溶液(60)的反應性和效力，換取貯藏壽命。已確認的是，一般來說，pH較低的話會導致在其后固化階段中的聚合速度較高。該PH是按照貯藏壽命與反應性之間的抵換而確定的，而在此方面，將可理解到，在商業環境中的高生產量可允許使用較低的PH，并因而有較高反應性。相反，較低木材生產量可準許使用較高的PH，以讓在儲存緩沖器(76)內有較長的貯藏壽命ο雖然這完全取決于設計上的選擇，但應將理解到，各流徑可包括一個或更多個閥。該混合槽(54)亦連接至水源(61)，并優選地連接至冷凝物槽(6 ，其從其后的干燥過程(隨后描述)接收已回收的冷凝物。當使用酸性浸漬溶液時，該高壓釜可以非反應性物料制成，如不銹鋼。多路閥(70)位于該混合槽(54)與該高壓釜(12)之間。該多路閥(70)可讓流量泵(7 將剛制備的浸漬溶液(60)通過清洗過濾器(74)導向該高壓釜(1 。該流量泵 (72)和多路閥在該控制器(32)的控制下操作。在優選實施例中，該支系統(10)包括另一儲存緩沖器(76)，其被設置成從該混合槽接收該浸漬溶液(60)(從而為生產新溶液而騰空該混合槽)，或在浸漬周期完成后以其他方式儲存從容器(1 清空(透過流量泵(7 )出來的已回收的浸漬溶液。該流量泵的確實位置僅為設計上的選擇，這對技術純熟的讀者而言應是顯而易見的。
將可理解到，該多路閥僅為一個例子，而且可在該系統內使用個別的流徑和可操控的閥來引導流向。同樣地，優選實施例在各流徑內運用一個或更多個可獨立操控的泵。
該儲存緩沖器(76)包括用于從儲起的浸漬溶液(60)中過濾出顆粒物的閉環式過濾器(77)。此外，該儲存緩沖器(76)包括pH探測器/感測器(78)(連接至控制器)、調熱器(80)(如換熱器)，使得在該控制器(3 的控制下，有利地調控任何儲起的浸漬溶液 (60)內的熱力，以延長貯藏/使用壽命。取得該儲存緩沖器(76)內已確定的pH后，可在控制器(3 的功能控制以及該流徑中的閥的受控操作下，添加穩定劑溶液到相關的添加劑槽(52)。當然，可將溫度控制器與調熱器/加熱器(80)組合使用，以采用局部溫度控制。
真空泵(86)被連接至高壓釜(12)，而真空泵86受到控制器(32)在操作上的控制。
該高壓釜(3 亦包括水平感測器(90)，其在使用時確定在該密封的高壓釜(12) 內的浸漬溶液(60)水平。該水平感測器(90)被可操作地連接至控制器(32)，并在有需要時容許控制器(3 增加該容器內的浸漬溶液(60)容量，以應付未處理的木材(14)對該浸漬溶液(60)的吸收。使用時，浸漬溶液(60)的水平高于滑車(16)上的木材(14)的最上表面。
在通常情況下，該高壓釜將被設置成“頂部注入”的配置方式，其中副槽位于該高壓釜(1 上方。因此在優選實施例中，該水平感測器(90)與此副槽相聯。此頂部注入配置方式意味著該高壓釜在使用時一直充滿了浸漬溶液。
可選擇地，如水錘泵的傾斜裝置(94)位于高壓釜(12)下方，讓高壓釜(12)可被傾斜(當清空浸漬溶液(60)時)。在控制器(3 的控制下，傾斜可讓木材(14)表面上的浸漬溶液(60)流走。
在操作時，一旦木材已裝載好并密封在高壓釜(12)內，則控制器(32)起初會透過從高壓釜(12)內移除空氣，使得真空泵(86)產生約 0. 1巴(即0. OlMPa)的低壓。此低壓對于木材細胞結構內對浸漬溶液的吸收以及在木材內浸漬溶液的保留兩者均有所促進。 壓力由位于該已密封高壓釜(1 內并連接至控制器(3 的壓力感測器(91)計量。然后 (在泵壓下)注入帶有理想的單體/低聚物濃度和理想的PH的浸漬溶液(60)到高壓釜 (12)中，該浸漬溶液會覆蓋木材，并被引入，以產生約10至12巴(IMI^a至1. 2MPa)的超壓。 木材的加壓浸泡是在環境壓力下和在一段經參考過往累積的加工數據的數據庫(34)所確定的時間后而達成的，該些數據至少包括以下其中一項木材品種的種類、厚度、木紋切割方向、單體/低聚物濃度和pH、堆疊配置方式以及心材的壓力或其是否不存在。
可施加較高的超壓來加快浸漬過程，然而，最大的壓力為只限于不足以使木材內的細胞結構崩塌的壓力。
一旦評估到均質的浸漬已發生、或視為已發生，任何剩余的浸漬溶液(包括顆粒污染物)則會通過過濾器(74)、泵(72)和閥系統(如多路閥(70))，回流至儲存緩沖器(76) (或倘并無存有副槽，則為混合槽)或以其他方式送往排放點(100)以作適當的處置(倘經分析該回流液后顯示其性質無法支持另一批次的加工)。過濾器(74)用來移除顆粒雜質。
當回流至儲存緩沖器(76)時，部分回流液可能會被排走以作處置。舉例來說，若一些浸漬溶液/料液已進行聚合，其密度會增加，令其沉淀在該儲存緩沖器(76)的底部。由于已聚合的料液在浸漬過程中的用處有限(相對于單體而言)，且一般對整體過程有害，故此優選實施例擬通過受控的排放過程分離和移除這些已聚合的料液。然后高壓釜(1 的門04)可被打開，并透過重量的增幅來計量單體/低聚物的吸收量。同樣，這重量會記錄在數據庫(34)中。如有需要，木材(14)可返回至該高壓釜中再次浸泡，以解決任何在吸收重量或均質性方面意識到或觀察到的不足之處。在確定單體的吸收重量和木材的初始重量(優選地則以及未處理的木材批次(14)的含水量)后，系統操作員可確定要在其后的加工步驟中移除多少水分。替代地，控制器(3 在取得該些起始和中間條件/數值后，可自行操作以計算整個處理過程的終點。在浸漬后，在干燥和固化支系統Q00)中(見圖幻對滑車或托板(16)上現為半處理的木材(214)作額外處理。就如將理解到般，雖然聚合(和有效的長鏈分子的建構) 速度主要在固化時發生，而且有一小程度是在干燥期間發生(在單體浸漬后發生)，但原為以單體浸漬的木材的聚合可在任何時候開始發生。因此，為免存疑，本發明中與干燥和固化有關的方面的操作以從起初飽含或被配以預定分量的合適的單體的木材產生聚合物浸漬過的木材。更具體而言，在浸漬后，將浸漬過的木材(具有所描述的化學作用并含有不同份量的水分和單體)以加熱的形式和可選地以不同的壓力作出額外處理。該些不同壓力和溫度旨在達到兩個目的a)移除水分(干燥)以及b)加快該浸漬溶液的低分子單體或低聚物的聚合(固化)。在本發明的實施例中，溫度和壓力機制可被設置成方便在干燥后固化、同時固化和干燥或者在固化后干燥。固化前干燥可透過使浸漬過的木材承受低壓，并同時保持足以避免快速固化的低溫而達成。此后提高壓力和溫度以加快固化。固化和干燥可透過提高溫度和控制壓力而或多或少地同時達成。因此，干燥和固化的速度可透過選定的溫度和壓力的組合來控制。一般將干燥階段界定為移除水分的階段，而固化階段則為聚合速度加快的階段。然而，在固化階段期間仍可能會有一些移除水分的情況發生。水分移除(即干燥)可透過提高溫度(前提為周圍環境并非飽含水分)和/或透過減少壓力來達成。而且須注意，固化主要取決于溫度，因此在干燥階段固化速度相應地增加的環境是可存在的。以類似圖1的方式，一旦該干燥和固化室(204)的門(20 被打開，該滑車或托板 (16)可優選地與內部的方便木材在滑車或托板(16)上移動的轉子或路徑對齊。同樣，如屬恰當，該滑車可被鎖定在該干燥和固化室O04)內某適當的位置。雖然可能需要以其他方式卸載和重載該半處理的木材014)，但浸漬支系統(10)和干燥和固化支系統(200)可共用滑車(16)。雖然該干燥和固化支系統Q00)的位置可靠近高壓釜(102)，但這并不是必須的。 而且，雖然該干燥和固化支系統(200)優選地運用控制器(3 和與浸漬支系統(10)的控制器(32)通用的GUI (36)，此僅為優選的設計選擇。然而，用于該浸漬支系統(10)和該干燥和固化支系統O00)的明顯地和實體地分開的控制器可相互起作用實屬優選，而這是透過合適的網絡連接，例如專屬的以太網聯接或者通過廣域網(WAN)或類似的方法而達成的。由于圖2僅供說明之用，其中所示的干燥和固化支系統(200)只有單一個干燥和固化室O04)。然而，由于加熱固化/過程一般比浸漬過程慢，就已處理的木材(214)的生產量和經濟學方面而言，可能需要各個正常運作的高壓釜(12)有多個干燥和固化室004)。
在干燥和固化室(204)方面，至少一個風扇O20)(而通常為多個風扇)可讓干燥和固化室O04)內的大氣帶動/流通起來。為了避免爆炸的可能，風扇電動機(22 位于干燥和固化室O04)的外面。風扇電動機022)的操作由控制器(3 調節控制。因為旋轉阻力會隨壓力的改變而不同，而且又有需要控制整體大氣速度和相關對流效應，所以這是有關系的。
干燥和固化室(204)還包括壓力感測器(224)和至少一個溫度感測器(226)。優選地，多個散布在整個干燥和固化室(204)的溫度感測器容許對溫度變化的計量并允許適當的修正。為了(至少)備用冗余，該干燥和固化室將通常包括至少兩個壓力感測器。
從這些感測器取得的數據被傳達到控制器(3 。將自然可理解到，干燥和固化室 (204)將通常包括多個散布在該整個室的溫度感測器，以確定溫度變化。就備用冗余角度而言，該系統亦將包括多個壓力感測器。
為了在干燥和固化室Q04)內提供大氣控制，熱源O30)(通常以蒸汽源實現)和真空泵(232)會在操作上對該控制器(32)作出反應。過程控制將于其后描述。
干燥和固化室(204)亦包括排放口 040)，容許所謂的“底部冷凝物”(以水、糠醇、有機化合物和聚合物呈現)在加熱階段期間從干燥和固化室(204)抽出，另外有一較小程度在其后的固化階段期間抽出。然而，移除水分和其他化學物(所謂的“頂部冷凝物”) 的原理機制是通過如冷凝器041)的熱交換器達至的，該熱交換器會接進入干燥和固化室 (204)中朝向其上表面。
計量裝置( 至少對頂部冷凝物(而底部冷凝物也有可能)的收集速度(如每小時幾多公升)和絕對重量兩者均有計量。該計量裝置向控制器(3 提供此速度和重量數據，以容許監察和/或控制整個過程。線內探測器(如濃度計量裝置、比重裝置和/或粘度計量裝置)可以可選地為數據收集作補充，以容許對該頂部冷凝物進行分析和對整個干燥和固化過程的狀況進行評估。
然后，將頂部冷凝物傳送(通常透過適當地使用泵和閥而非重力輸送)至冷凝物槽(63)，以在該混合槽(54)中再用。將底部冷凝物傳送至分離槽043)，其容許將該冷凝物的可再用部分從無法使用的高密度聚合物分離。此后，將該些可再用部分轉移至該冷凝物槽(63)。
干燥和固化室(204)亦可以可選地包括大氣探測器(250)，如光譜儀、色度計或氣體反應管(如“Drager”管)。來自該大氣探測器的輸出數據(252)乃按照瞬時讀數或受監察的變動率的速度所得，可用以評估該過程的狀況(將于其后描述)，在該過程可向控制器 (32)提供輸出數據052)，以在操作上控制當前或其后的干燥和固化過程。
這些輸出數據，連同該控制器(3 取得的所有數據，優選地和木材的批次特性交叉相關，以用于確定、修訂、優化或推斷浸漬階段、干燥階段和/或固化階段內特定控制設定的事件發生的時間或操作上的效果。
該干燥和固化支系統更包括質量檢測裝置O70)，其通常以光學掃描器或功能上與其等同者實現，如支援χ射線分析、基于χ射線的機器。該質量檢測裝置優選地對已完成 (已聚合)的木材(314)樣品進行數量和/或質量評估，如有關整段已完成的木材(314)的硬度、開裂(320)、節子(322)、色澤(324)和聚合物的均質性。亦會考慮對結果進行人工檢測和輸入結果數據。因此，應對術語質量檢測裝置作廣義解釋。為過程控制之用，來自該質量檢測裝置O70)的數據(27 優選地可與該控制器(3 相通或以其他方式輸入至該控制器，并在有需要時容許接受或擯棄已完成的木材(314)樣品。除了檢測固化后的已聚合的樣品之外，擬可選地透過掃描對未處理的(即未浸漬的)木材樣品進行數量和/或質量評估。然后可在數據庫中交叉引用未處理的樣品的編目，以允許在浸漬、干燥和固化階段完成后，按照該樣品的相應的木材質量和木材種類以及已加工完成的性質，(由該控制器)選擇控制過程。就干燥和固化室(204)的一般操作而言，一旦半處理的木材014)已位于該室 (204)內且該門Q02)已密封關閉，即開始干燥循環。更具體地，控制器(3 和真空泵 (232)協同以減低該室內的壓力，以引起水分從半處理的木材(214)蒸發，從而產生干燥作用。該壓力通常會被減至約 0. 1巴至約0. 4巴(即0. OlMPa至0. 04MPa)，但該壓力可被降到更低。該控制器(3 會監察和控制來自該木材的水分以及來自熱源030)、形態為超熱蒸汽的熱力，以在該干燥和固化室O04)內提供導熱機制。在干燥階段期間，干燥和固化室204中的溫度維持在單體或低聚物會發生固化的某一點以下，如約90°C以下。因此，壓力是由干燥和固化室O04)中大氣內存有的水分子所維持的。在控制器(3 的控制下，控制器(3 會調節和控制風扇速度，以抵消干燥和固化室O04)內的低壓條件。優選地，控制風扇亦會致使流向改變，以定期(如約每30分鐘) 將其引入到干燥和固化室O04)中。與于不同階段和設置中實現整個干燥過程的現有技術系統相比，已確認當半處理的木材含有的含水量高于木材完成品(314)的理想含水量時，從干燥階段過渡到固化階段會產生意料之外的益處。由于本過程所用的優選化學成分含有水平相對較高的鹽分，因此無法運用木材的電導測量值來確定含水量(與現有技術不同)。相反，該控制器(3 實現了對所移除水分的總質量和水分取出率(由計量裝置( 計量)的監察，并在達到預定的保留水分百分比時(一般為介乎約35%至約3%之間，而最優選為介乎約20%至約10% 之間)，由控制器(32引發固化階段。固化是透過將溫度提升達至約140°C (但一般至少提升至100°C ) 一段預先設定的時間而達成的，并一定要提升至引發聚合的某一點(即大于約80°C)。溫度是跟隨由與木材品種有關的數據(由數據庫(34)中累積的數據所反映)所設定的預定情況而增加的。 通常來說，為了避免令半處理的木材(214)受到不必要的熱應力，控制器(3 會使溫度在約4小時的時幀內上升。雖然可采用其他情況，但優選地溫度是跟隨與時段形成的線性關系而增加的。就壓力而言，從固化階段亦見到干燥和固化室Q04)內的壓力同期增加。壓力控制一般由控制器(32)、真空泵032)以及透過蒸汽控制(來自熱源O30))和從與干燥和固化室(204)相聯的各個感測器和探測器提供的數據監察到和/或推斷而得的蒸發率來調節。在約四小時的時段(或其他預定時間)內，干燥和固化室O04)內部的壓力被設計成達到與大氣壓相應的壓力。以與溫度情況上升類似的方式，壓力亦可跟隨某預定情況而提供隨著時間變化而大致上一致的增加速度，或隨著時間單位變化而不同的增加程度。雖然上文說明的是，優選為在固化階段期間避免壓力不足，但應將可理解，可在部分干燥循環處于高于大氣壓或于大氣壓下發生的情況下，采用本文所描述的控制和監察過禾呈。
因此，總體而言，可認為固化是由于在木材中發生的單體聚合的速度相對較高而與干燥不同，而干燥則與水分移除有關。當然，在接近固化過程的尾聲時，聚合速度會降低， 但在此時留下的單體的數量為少，而聚合木材的數量為多。
雖然優選實施例用上大氣壓/固化室004)，但亦可考慮使用加壓系統。在這方面，在起初的低壓階段后，可至少在固化期間施加超壓(可達約0.4Mpa = 4巴)。為了在超壓環境中維持可接受的干燥和/或固化速度，溫度在處理器的控制下被改動。
當控制器(3 在某一刻優選地確定木材中的含水量已達到預定的所需水平時， 在此刻的固化被視為已完成，已完成的木材(314)亦可從系統中移出，以進行質量分析和檢測。舉例來說，控制器(3 參照以下一項或多項來操作以控制該過程中當前和/或未來的干燥和/或固化階段i)過往木材品種的處理數據；ii)木材厚度數據；iii)所采用的溫度和/或壓力情況；iv)初始和中期的木材參數(如單體/低聚物吸收重量和初始重量，以確定含水量)；ν)探測到的在干燥和固化室O04)內大氣中的揮發物或其他化學成分的水平；以及vi)已完成的木材(314)樣品中所計量的性質或觀察到的特性(如節子密度、表面處理(包括均勻度)或開裂長度、深度或密度)。
舉一個例子來說，假若已完成木材(314)中所計量的性質或觀察到的特性已確定 (如由探測器(270)進行)，控制器(3 就會進行閉環反饋控制，以致使對單體(尤其是其濃度)進行篩選。此外，這些所計量到的性質或觀察到的特性會被上載到數據庫(34)中， 為不同維度的木材品種產生歷史的、交叉相關的記錄，以反映所施行的和有效的加工標準。
參照圖3(由圖3a至3c組成)，所示的是優選端到端的木材浸漬過程的流程圖 (300)。
該過程由步驟(302)開始，當中未處理的木材(14)被裝載到托板或類似物上。 于(304)確定未處理的木材的重量，隨后將木材品種種類和批次重量記錄(306)于數據庫 (34)中，以作其后和交叉引用之用。將該托板裝載到高壓釜(308)中。在步驟(310)和 (314)中，控制器(3 優選地操作以按照木材種類、厚度和重量(即所隱含的含水量)來選取控制算法。然后關上該高壓釜的門，密封該容器，以容許于步驟(312)中移除空氣。按照所選的控制程序(其可包括溫度控制)，控制器評估(316)是否已存有合適的浸漬溶液，并使得合適的浸漬溶液得以混合/制備(318)和/或影響合適的浸漬溶液灌注(320)該高壓釜，直至達到所定水平為止，其后封閉該流道。就浸漬而言，超壓在該控制器(3 的控制下生成(322)和得以維持。
在該過程期間，對該高壓釜中的壓力進行連續檢查(324)。倘若壓力下跌，則透過調整(326)壓力(以一可獨立控制的泵進行為優選，如以頻率控制的泵)來施以適當的修正。在到了由所選控制算法確定的某既定點時，該控制器會評估浸漬過程是否已完成(步驟(328)和(330))；然后該高壓釜會進行排放(332)，而該托板會被傾斜(若需令表面上的多余浸漬溶液流走)。若該過程尚未達到該控制算法所確定的標準或觸發點(步驟(334))， 則繼續監察，即該過程會循環回到水平控制步驟(324)。
一旦高壓釜已進行排放，則可以可選地應用真空裝置，以抽取并未被鎖于木材細胞內的多余的浸漬溶液。然后，對現已被部分處理的木材批次(214)進行浸漬溶液吸收率確定(步驟(336)和(338))，如重量計量。若足夠的吸收被視為已發生(步驟(340))，則相對于批次識別符記錄(34 已部分處理的木材的重量，并相對于數據庫(34)和在其中交叉引用。然后，該過程可移到圖4中的隨后的干燥和固化階段。倘若觀察到或確定浸漬溶液吸收不足，則控制器會記錄該不足并更新(344)數據庫。然后對是否需繼續加工(步驟 (346))作出決定。若屬不宜(348)，則該過程會結束(349)，否則該控制器(32)可被設置以協助對是否需要增加浸漬溶液的初始吸收作出評估(350)(按照(其中包括)就類似的木材種類和木材維度的過往所記錄的加工結果)。在肯定(35 時，重載木材批次(354)到該高壓釜中，而浸漬加工會重新開始(于步驟(310))。在否定(356)時，判定吸收是在可接受的公差范圍內，但該控制器(在其選取控制過程時)可會修改隨后的干燥和固化步驟，以提供某種形式的浸漬后的補償。
隨著該高壓釜進行排放(332)，控制器(3 優選地自動編程以對是否保存該已排放的浸漬溶液(60)作出決定(360)。在否定(362)時，可將浸漬溶液送去作處置(364)，而該過程會結束(366)。在肯定(368)時，傳送(370)現已用過的浸漬溶液到儲存緩沖器。一旦已儲存，監察(372)該浸漬溶液的溫度，且如有需要，會透過施加熱力修正(374)來作出調整。同樣地，監察PH(376)。若該pH為可接受，則該儲存過程會保持在此溫度-pH控制循環(380)內，直至控制器(3 觸發再用該高壓釜中的浸漬溶液(步驟(382))的命令為止。倘若需修改/調整(383)該pH，則在該控制器(32)的控制下引入緩沖或引發劑化學物 (384)到該儲存緩沖器中，而該儲存循環會回到溫度計量(372)。舉例來說，可透過產生小量帶有PH的新浸漬溶液來實現pH調整，其并合后可平衡該儲存緩沖器(76)中的整體pH。 倘若修改該PH屬不宜(386)，則會對是否保留當前的浸漬溶液(到了這點時溫度控制循環會于步驟(372)開始)或以其他方式處置該溶液(步驟(364))作出決定(388)。
圖4(由圖如和4b組成)為用于圖2的干燥和固化支系統的優選控制協定的流程圖(400)。
就初始干燥階段而言，該干燥和固化室會被裝載002)，而控制器(3 會選出 (404)合適的控制程序。一旦已裝載，控制器(3 會透過使空氣被選擇性排離006)，降低 (然后積極控制)該室中的壓力。控制器(3 亦對風扇控制(408)和溫度控制(410)行使調節，并監察G12-414)(至少在該頂部冷凝物中的)水分取出率和整體的除水量，以推斷干燥時間和干燥階段。實際上，控制器(3 是透過直接控制壓力和溫度，來間接操作以控制“相對濕度”的。在這種情況下，相對濕度應理解為在該室中的當前溫度下，相對于該室中的飽和壓力的實際瞬時壓力。
可選地，控制器(3 亦可監察0168)大氣條件或該些條件中的變化率，推斷干燥或過于急進的處理，以容許對該室內的溫度條件和情況進行尺度分析(scaling)。整個監察過程都會記錄(418)計量，并參照木材批號以及相應木材品種和相應維度參數的過往數據兩者，以容許對當前或其后的批次加工作出改進和/或優化。
于步驟020)，控制器(3 (取得所計量的數據、過往信息和所選控制算法后)會評估該干燥階段是否完成(420)(如該批浸漬過的木材內已達到預定含水量)，以及(在肯定(42 時)移到固化階段(圖4b)或者否則便保持在該加熱控制循環(自步驟(408)起) 內。
在進入固化階段0 )時，該控制器的功能為隨著時間控制(提高)溫度和壓力 (步驟(430)和(432) ) 0可選地，控制器(32)可運用感測器/探測器(250)來監察(434) 當時或不斷變化的大氣中化學物或水分的荷載。此外，可在木材各層內包括溫度感測器來確定局部溫度，且控制器(3 可按照這些溫度來控制由風扇(22 產生的風扇速度或氣流模式，而這些已在前文論述過。控制器(3 亦操作以接收批次重量計量036)。同樣，接收到的數據會存于和記錄于數據庫(34)中，以增加過往數據和提供評估固化狀況的基礎。于步驟040)，控制器(32)會評估該固化階段是否完成，而在否定(424)時，繼續在上述控制循環中操作。如固化被視為G44)已發生，則該干燥和固化室會被卸載046)， 而糠基化木材樣品會被評估G48)以作有效聚合。就如前文所指，該評估可有多種形式，包括i)重量確定(如用于暗示剩余含水量)；ii)光學分析(用于開裂密度或節子密度或細胞浸漬水平)；iii)化學分析，以確定(例如)剩余、未反應的單體/低聚物和是否存在揮發物；以及/或iv)其他物理屬性的計量，包括所達硬度和所探測到的變形，如彎曲或瓦形彎。來自此分析的結果會被記錄(450)在數據庫(34)中并與批號作參照。然后，可用控制器(3 評估(45 當前處理過程所產生的最終木材(314)的整體結果是否有所改善還是意料之外的，而在肯定(454)時，可以可選地以基于過往或近期的浸漬以及干燥和固化階段的已修改程序056)，對該些控制程序進行更新。舉例來說，控制器(3 可按照已完成木材(314)的已確定的性質，更新單體/低聚物協定，使得i)篩選出不同的單體/低聚物或不同濃度；ii)在不同的生產階段中使用不同壓力和/或溫度情況; iii)就各個浸漬、干燥和固化階段使用不同加工時間，包括處理有關木材批次的過渡點。如此一來，該操作方法可隨著時間而改變，而該系統如為全自動，則會自行適應。至少，可用最終評估(452)來生成向系統用戶作出的警示，使其按照目前批次與過往儲存結果比較后的結果來考慮改變過程。當然，將可理解到，上文的描述僅以舉例方式提供，而且可在本發明范圍內作出詳細修改。舉例來說，就整體過程而言，將可理解到，表面上獨立的浸漬、干燥和固化階段內的若干分支步驟可被省略或重新排序，或與其他步驟并行運行而不影響該過程的整體結果。 舉另一例子來說，在托板上使用荷重計容許在干燥和固化階段期間對批次重量進行室內計量，并因而容許確定準確和瞬時的含水量。舉另一例子來說，雖然該優選實施例描述了獨立的數據庫，但將可理解到，此可透過集成芯片上的快取記憶來實現，或在運作式計算機中以作為隨機存儲器(RAM)的方式來實現。因此，所有提及過的“數據庫”或記憶體應解釋為功能性的，即該數據庫相等于記憶儲存區，可在其中儲存過程控制程序，且可在其中收集當前和過往的加工數據(如適用)和找出該些數據之間的關系。同樣地，雖然某優選實施例描述了某種控制器，但技術人員將可理解到，該控制器可透過以多種執行形式提供的程序編碼來實現，如用于下載到傳統計算機的計算機程序產品或記憶棒。當然，機械控制功能，如閥和探測器，需被適當地連接到完整的系統中，而技術純熟的讀者應可輕易理解這種整合。該監察和控制過程(用于干燥和固化階段)可以計算機程序產品的形式提供，如在計算機可讀記憶體裝置上。術語“單體/低聚物”應以廣義解釋，以包括單體和低聚物的化合物、溶液、混合物和縮合產物，其會產生糠基化木材成品，包括糠醇、二羥甲基呋喃、三羥甲基呋喃、這些化合物的低聚物和縮合產物以及其混合物。該廣義解釋是基于本發明的過程可被較廣泛應用而該過程帶來的好處并不僅限于特定濃度或成分而作出的。舉例來說，本發明亦可運用所謂的“BioRez”溶液。
盡管不希望受到理論的限制，發明人仍注意到，在干燥和固化的浸漬后的處理階段中，當干燥和固化兩者一起發生時(即使在相對較低的溫度下)，會有一些有限度的重疊。同樣地，在該被主要歸為“固化”的階段中，木材樣品內可能會繼續進行一定的干燥。然而，就如上文所述且將可理解到的，由于大氣和溫度條件驅使該些干燥和固化過程的其中之一成為主導(尤其對于該樣品之前在干燥和固化室(204)內所用的加工時間)，該些過程在某程度上是不相關聯的。
除具體文義另有描述外(如該些過程和系統本質上是不相容的)，可在單獨或累積的基礎上采用本發明的多個優選實施例。舉例來說，在(特別是)該干燥和固化室中對聚合木材的掃描和未來批次的加工控制可運用從未處理的木材樣品而通常為相同木屬和具相同維度的未處理的木材樣品)取得的數據，但未必需要如此。相反，可僅按照對類似木材批次的個別或平均最終性質和外觀進行的質量或數量評估來控制該加工過程。
權利要求
1.一種控制聚合物浸漬過的木材的生產的方法，該方法包含； i)監察至少以下其中一項a)干燥和固化合并室的環境，以確定在該環境中化學出氣的變化或在該環境中浸漬過的木材釋出的水分的變化以上兩者的至少其中之一；以及b)聚合物浸漬過的木材在該干燥和固化合并室內受到固化后的特性，以確定應用到不同批次的化學地浸漬過的木材上的不同加工條件所產生的性質上的變化； )根據已確定的變化來改變至少在該干燥和固化合并室中的加工條件，該些加工條件是選自以下群組，當中至少包括以下其中一項a)至少在該干燥和固化室中的溫度情況；b)至少在該干燥和固化室中的壓力情況；c)用于浸漬和干燥、干燥和固化階段以及階段完成其中一個或多個之間的過渡的設定點觸發點；以及d)用來生產該聚合物浸漬過的木材的浸漬溶液的化學成分。
2.如權利要求1所述的控制聚合物浸漬過的木材的生產的方法，進一步包含 i)相對于反映木材品種種類和維度計量的批次識別符，記錄a)在該室內的大氣環境中，隨著時間所產生的變化；b)應用于不同木材批次的加工條件隨著時間所產生的變化；以及c)來自各個批次的聚合物浸漬過的木材的特性差異；以及 )透過相對于與未處理的木材的類似木材品種種類和維度計量的過往累積加工條件，參照聚合物浸漬過的木材的理想特性，為未處理的木材的未來批次選擇加工條件。
3.如權利要求1或2所述的控制聚合物浸漬過的木材的生產的方法，其中改變加工條件是實時發生的。
4.如權利要求1、2或3所述的控制聚合物浸漬過的木材的生產的方法，進一步包含 掃描聚合木材樣品，以確定該些木材樣品的性質，并可選地提供其質量的指標。
5.如前述權利要求中任何一項所述的控制聚合物浸漬過的木材的生產的方法，進一步包含對比未處理的木材與固化后的木材，以確定對生產聚合物浸漬過的木材有影響的性質和加工參數；以及按照該對比和該些所確定的性質，對木材的未來批次采用至少一個在該些干燥和固化階段中應用的加工條件。
6.如前述權利要求中任何一項所述的控制聚合物浸漬過的木材的生產的方法，其中該干燥和固化室與浸漬高壓釜(12)實際上是分開的。
7.一種木材處理設備，包含干燥和固化合并室，其被設置成在使用時以受控壓力處理化學地浸漬過的木材； 監察支系統，其連接至該干燥和固化室，該監察支系統在使用時生成反映至少以下其中一項的數據a)該干燥和固化合并室中的環境條件；以及b)聚合物浸漬過的木材在該干燥和固化合并室內受到固化后的特性； 數據庫，其用于儲存由該監察支系統生成的數據；以及控制器，其連接至該干燥和固化合并室和該數據庫，該控制器根據來自該監察支系統的數據，至少在該干燥和固化合并室中對木材處理加工行使操作上的控制，而其中該控制器被設置成在使用時i)參照該數據庫中的已校對的數據來辨識至少以下其中一項a)在該干燥和固化合并室中化學出氣的變化或裝載在該干燥和固化合并室中浸漬過的木材所釋出的水分的變化；b)應用到不同批次的化學地浸漬過的木材上的不同加工條件所產生的性質上的變化；以及 )根據來自該監察支系統的數據來改變至少在該干燥和固化合并室中的加工條件， 該加工條件是選自以下群組，當中包括至少以下其中一項a)至少在該干燥和固化室中的溫度情況；b)至少在該干燥和固化室中的壓力情況；c)用于浸漬和干燥與干燥和固化階段以及階段完成之間的過渡的設定點觸發點；以及d)用來生產該化學地浸漬過的木材的浸漬溶液的化學成分。
8.如權利要求7所述的木材處理設備，其中該些受控壓力為至少在最初時低于環境壓力或為環境壓力。
9.如權利要求7或8所述的木材處理設備，其中該化學地浸漬過的木材為已以單體浸漬過的木材。
10.如權利要求7至9中任何一項權利要求所述的木材處理設備，其中該干燥和固化合并室包括一個或多個對該控制器作出操作反應的風扇，而其中該控制器會調節該風扇的操作，以抵消在加熱和固化階段期間不同的壓力水平。
11.如權利要求7至10中任何一項權利要求所述的木材處理設備，進一步包括連接至該控制器和蒸汽生成器的壓力感測器，該壓力感測器在操作上對該控制器作出反應。
12.如權利要求7至11中任何一項權利要求所述的木材處理設備，進一步包括高壓釜， 其在使用時接收用于浸漬的木材批次連同浸漬溶液，該浸漬溶液在該控制器的控制下被受控地運送至可密封的壓力容器。
13.—種木材-聚合物浸漬過程控制器，其包括儲存木材處理程序編碼的相關記憶體， 該編碼由該控制器執行，用于控制至少在干燥和固化合并室中的溫度情況； 控制至少在該干燥和固化合并室中的壓力情況；控制用于浸漬和干燥、干燥和固化階段以及階段完成的至少其中之一個階段之間的過渡的設定點觸發點；以及控制用來生產化學地浸漬過的木材的浸漬溶液的化學成分；該控制器進一步被設置成在使用時參照已儲存在該記憶體中的數據來辨識至少以下其中一項a)在該干燥和固化合并室中化學出氣的變化或該干燥和固化合并室中浸漬過的木材所釋出的水分的變化；b)應用到不同批次的化學地浸漬過的木材上的不同加工條件所產生的性質上的變化；以及其中該控制器被設置以根據對已儲存數據的解讀，執行會改變至少在該干燥和固化合并室中的加工條件的編碼。
14.如權利要求13所述的木材聚合過程控制器，該控制器在使用時執行被設置成用于以下用途的編碼分配和儲存反映木材品種種類和維度計量的批次識別符；記錄在該干燥和固化室內的大氣環境中，隨著時間所產生的變化；記錄應用于不同木材批次的加工條件隨著時間所產生的變化；記錄來自各個批次的聚合木材的特性差異；以及透過相對于與未處理的木材的類似木材品種種類和維度計量的過往累積加工條件，參照聚合木材的理想特性，儲存在記憶體中，為未處理的木材的未來批次選擇加工條件。
15.如權利要求13或14所述的木材聚合過程控制器，其中該控制器在使用時操作到將在該干燥和固化室中的壓力情況控制在介乎約0. 1巴和約環境壓力之間。
16.一種在干燥和固化合并室中聚合以單體/低聚物浸漬過的木材的方法，以生產帶有理想含水量的木材完成品，該方法包含確定浸漬溶液的吸收和將被聚合的浸漬過的木材批次內的相對含水量；在該干燥和固化室內，在受控壓力條件下引發干燥階段；監察從該干燥和固化室移除水分以及該干燥和固化室中的大氣環境兩者的其中一項；以及于達至該理想含水量前，在某過程點過渡到固化階段，而該過程點是由在該大氣環境中的水分移除條件和在改變中的條件中的至少其中之一而確定，而其中該固化階段需要該干燥和固化合并室中的溫度于經過一段預定時間后得到受控的提升。
17.如權利要求16所述的以聚合單體/低聚物浸漬過的木材的方法，其中過渡至該固化階段需要溫度和壓力兩者均得到受控的提升。
18.如權利要求16或17所述的以聚合單體/低聚物浸漬過的木材的方法，其中從該干燥階段到該固化階段的過渡是在該木材的含水量水平約為35%至3%之間時發生的，約 20%至6%之間為更優選，而6%至10%之間則為最優選。
19.如權利要求18所述的以聚合單體/低聚物浸漬過的木材的方法，其中至少一個該些干燥和固化階段是在相對于大氣壓為低壓時發生的。
20.如權利要求16至19中任何一項權利要求所述的聚合以單體/低聚物浸漬過的木材的方法，其中該預定時間的范圍為約1小時至約10小時，而約4小時則為更優選。
21.—種木材浸漬設備，包括高壓釜，其被設置成在使用時接收用于浸漬的木材連同浸漬溶液，浸漬溶液含有單體或低聚物，其選自糠醇、二羥甲基呋喃、三羥甲基呋喃、這些化合物的低聚物和縮合產物或其混合物；儲存緩沖器，其包括溫度監察器，該儲存緩沖器通過閥與該高壓釜成流體連通，該儲存緩沖器被選擇性地設置成通過該閥接收浸漬溶液；調熱器，其與該儲存緩沖器相聯；以及控制器，其連接至該溫度監察器，該控制器在使用時被操作得可透過控制該調熱器來實現在該儲存緩沖器內調節浸漬溶液的溫度。
22.如權利要求21所述的木材浸漬設備，進一步包含 PH探測器，其與該儲存緩沖器相聯，該pH探測器連接至該控制器； 添加劑槽，其與該儲存緩沖器成流體連通，該添加劑槽被設置以儲存在該浸漬溶液中使用的化學添加劑；以及其中該控制器被設置成在使用時實現將化學添加劑運送至該儲存緩沖器，以調節在其中儲存的浸漬溶液的PH。
全文摘要
糠基化木材(314)是在雙室系統中產生的，其中在浸漬室(12)中的單體/低聚物浸漬(300)后，為在專屬干燥和固化室(204)中的干燥(400)和固化(428)連續階段，這些階段最初被設定成將浸漬過的木材(通常以低壓)變得干燥，然后將該至少部分干燥、浸漬過的木材固化。受到處理的木材的物理性質會被計量(412，414，434，436)、記錄(306，342)和參照(310，342，418，450)到累計木材品種數據的數據庫(34)中，該些數涉及所應用的溫度和壓力情況、中度完成和已完成的木材樣品的物理性質和外觀，以及化學處理機制，包括浸泡時間和單體/低聚物濃度。在干燥和固化期間，對加工參數的監察(430-436)，包括水分移除和/或大氣條件，會被控制器(32)使用，以透過將所記錄的數據與過往累計的數據或過程設定點條件進行比較，既控制并確定過程完成的狀況。在自動化控制循環中使用最終處理完的木材(314)的物理和/或化學屬性，以為特定木材品種和木材情況，反映性地或實時地修改(456)所應用的處理機制(314，404)。
文檔編號G05D21/00GK102497961SQ201080025950
公開日2012年6月13日 申請日期2010年4月9日 優先權日2009年4月9日
發明者佩爾·布林爾德森, 如恩·本迪克特森, 莫滕·艾勒特森 申請人:科博尼Asa