專利名稱：微波處理阻燃木材的方法
技術領域：
本發明涉及一種阻燃木材的處理方法，具體講是用微波干燥技術處理 阻燃木材的方法，屬于木材處理技術領域。
背景技術：
木材的阻燃性能不僅取決于阻燃劑的性能和用量，而且還與阻燃劑在 木材內部的分布狀況有關。影響阻燃劑在木材中滲透的主要指標就是木材 的流體滲透性。木材流體滲透性是描述流體在木材中滲透難易程度的物理 量，由于流體在木材中的滲透有別于流體在木材中的擴散，而在木材處理 過程中，水分的排出、液體的浸注都與木材的滲透性密切相關。因此，為 了保證阻燃劑能夠充分滲入木材內部，形成有效的載藥效果，對木材進行 載藥前的處理是非常必要的。
傳統的木材干燥處理方法都是將外界的熱源先通過對流、傳導或輻射 (遠紅外)的方式傳到木材的表面，再通過傳導的方式由木材表面傳到木材內 部。由于木材是熱的不良導體，特別是在低含水率階段，其熱傳導率非常 低，嚴重制約著木材干燥速度的提高。目前現有技術的木材干燥方法大都
存在下列問題(1)干燥周期長， 一般為6 24小時，個別厚度較大的木材 干燥時間更長；(2)干燥不均勻，常常表現為木材外干內濕，嚴重影響木 材的尺寸穩定性和力學性能；(3)干燥效率低，因為其多為間歇式干操， 故勞動強度高。而傳統方法在木材阻燃處理中的主要問題是(A)干燥速 率低，易造成木材的阻燃處理周期長(大尺寸高厚度木材周期更長)；(B) 干燥不均勻，造成"外干內濕"的現象，使木材的抗腐性能下降，或者增 長干燥時間造成"外焦內干"的現象，甚至引起木材表面開裂、顏色變深， 甚至碳化，嚴重影響木材的外觀品質和力學性能；(C)木材在干燥過程中， 含阻燃劑的液體通過傳統滲流的方式向外擴散，致使阻燃劑溶質不斷向外 遷移，在木材的表面大量富集，使阻燃劑在木材中的分布嚴重不均，出現 嚴重偏析現象，直接影響木材的阻燃性能，同時影響木材表面的性質和后續加工性能，由于木材芯部阻燃劑的含量很少，在火災發生的過程中，一 旦木材表面遭到破壞，木材立即喪失阻燃性能，給生產、生活造成巨大的 損失。

發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發明提供一種用微波干燥技術處理 阻燃木材的方法，以改善木材的阻燃劑載藥效果，提高載藥效率，改善阻 燃劑在木材內部的分布狀況，提高木材阻燃性能。
為達到以上目的，本發明通過下列技術方案實現 一種微波處理阻燃 木材的方法，其特征在于經過下列步驟
(1) 將木材置于微波處理裝置中，在微波頻率為915MHz或者2450MHz， 真空或常壓，溫度為50 160'C條件下，微波加熱處理30 5000秒；
(2) 將經過(1)歩驟處理的木材送至真空加壓罐中，抽真空至20 90KPa真空度，解除真空，在含有質量比為5 50%的阻燃劑溶液中，并在 0.1 lOMPa壓力下，浸泡木材3 720分鐘，取出木材后，在10 95KPa 真空度下，真空處理0.1 12小時；
(3) 將經過(2)步驟處理的木材置于微波處理器中，在微波頻率為 915MHz或者2450MHz，真空或常壓，溫度為50 160。C條件下，微波加熱處 理30 5000秒，得阻燃木材。
所述步驟(1)、 (3)的處理溫度及處理時間視木材種類、木材自身的 特性及產品要求具體確定。
所述步驟(2)的真空度、處理壓力視木材種類、木材自身的特性及產 品要求具體確定。
所述步驟(2)的阻燃劑用量同樣也要視木材種類、木材自身的特性及 產品等級要求具體確定。
所述阻燃劑為現有技術中的常規無機阻燃劑，即含磷化合物中的磷酸、 焦磷酸、美國迪瑞康的FRT及其鹽類中的一種或幾種；磷一氮化合物中的 磷酸二氫銨、磷酸二氫銨、脲基磷酸鹽GUP、聚磷酸銨APP中的一種或幾 種；磷一鹵化合物中的鹵代磷酸脂或三氯氧磷中的一種或幾種；硼化物中 的硼酸、硼砂及其混合物中的五硼酸銨、硼酸脂、硼酸乙脂中的一種或幾種；或其他化合物中的一種或者兩種以上混合物。
本發明優先推薦以下阻燃劑(a)由市購的純度為98%的脲基磷酸鹽 gup和純度為99%的硼酸復配的無機阻燃劑，其質量比為脲基磷酸鹽
gup :硼酸水=1 2 : o. i i : o. 1 2; (b)由市購的純度為98%的聚
磷酸銨app和純度為99。/。的硼酸復配的無機阻燃劑，其質量比為聚磷酸
銨app :硼酸水二1 2 : o. i i : o. i 2.5 。
所述微波處理器為現有技術中的常規設備。
本發明之所以采用微波綜合處理阻燃木材，是因為微波干燥木材的機 理如下木材微波干燥是把濕木料作為電介質，置于微波交變電磁場中， 在頻繁交變電磁場作用下，木材中的極化水分子迅速旋轉，相互摩擦，產
生熱量，從而加熱和干燥木材。其發熱機理大致有三種①木材內離子在 微波電磁場的作用下迅速移動，引起離子導電損耗熱效應；②木材物質非 結晶區域存在許多輕基等極性偶極子基團和吸著在親水性輕基上的吸著水 分子，在交變電磁場作用下能夠發生頻繁取向運動而引起介電損耗熱效應 圈；③木材中的極化水分子隨著高頻交變電磁場方向的變化迅速旋轉并相 互摩擦而產生熱量。由于木材中水的相對介電常數和損耗系數(損耗角正切) 最大，在微波場作用下發熱量最多，所以一般認為是木材中的極化分子發 生頻繁的取向運動而產生熱量，從而實現對木材的干燥。
用微波加熱木材時，具有較高含水率的木材內部很快獲得大量的熱， 溫度較高；而木材表面因含水率較低和向周圍介質熱輻射，溫度較低，形 成了內高外低的溫度場(而傳統加熱方式則為外高內低)，有利于水分以蒸汽 的形式直接蒸發。另外，木材內部升溫快，水分的汽化速度遠大于遷移速 度，導致細胞腔內的蒸汽壓力迅速升高，與環境形成較大的靜壓力差，可 以對木材內部的微細孔道產生擠壓效應，可以使微細孔道變大和延伸，這 種孔道的微細變化一般不會造成木材宏觀性質的顯著改變，但對阻燃劑藥 液的滲透將產生根本性的影響；另外，微波的前處理將產生一種"泵送效 應"，使木材中的自由水以滲透流的形式向外遷移，大大加快了水分的排出 速度。內高外低的溫度場和內外靜壓力梯度的存在，使微波干燥完全不同 于傳統的干燥方法，形成了木材微波干燥的獨特機理。微波加熱能使木材整體在很短的時間內獲得熱量，迅速升溫至所要求的溫度，大大縮短了熱 傳導的時間，有利于提高木材干燥的速度。
基于上述技術方案和機理，本發明具有下列優點和效果采用上述方 案，使熱量不是從木材外部傳入，而是通過微波交變電場與木材中水分子 的相互作用直接在內部發生，從而使木材整體升溫加熱，加之電磁場的頻 繁交變，引起水分子的劇烈運動，摩擦產生熱量，從而加熱木材，以打通 汽水通道，提高其滲透性，此外，在利用微波進行前處理干燥的過程中， 可同時殺滅木材內部的蛀蟲和蟲卵，在利用微波進行阻燃木材的后處理過 程中，可顯著改善阻燃劑在木材內部的分布狀況，即可使阻燃藥液的遷移 不是以傳統的液流方式，而是以蒸汽的形式向外擴散，這樣阻燃劑就不會 跟隨溶液一起遷移而被原位析出，從而從根本上解決了傳統方法對阻燃木 材處理時阻燃劑在木材表面大量富集和嚴重偏析的問題。另外，微波處理 的阻燃木材不會出現濕心現象，而且受熱均勻，殘余應力小，阻燃劑滲入 深度深，滲入狀態好，抗流失性好，吸濕性低，并使木材表面保持其原有 的自然色澤，本發明除微波加熱外，沒有額外的熱能損耗，加熱系統本身 又不再加熱，加熱時間極短，與常規技術相比提高了電能的利用率，降低 了能耗，并且所得阻燃木材無需再做防蟲或其他進一步的處理，即可直接 作為建筑裝飾用材料。


圖1是本發明使用的現有技術中常規微波干燥處理裝置的結構示意圖。
圖中，l為微波發生器，2為導波口， 3為耦合器，4為多級諧振腔，5為排 氣口， 6為抗流門，7為微波抑止器，8為帶式木材輸送機。
工作過程是微波自微波發生器1發生，經導波口 2、耦合器3進入多 級諧振腔4中，木材隨帶式輸送機8通過裝有微波抑止器7的送料口，進 入到諧振腔4中，并在此受前述微波輻照干燥處理，干燥完成后經由裝有 微波抑止器7的出料口送出，干燥產生的濕熱空氣經裝有排氣扇和微波抑 止器的排氣口 5排出，為了保證裝置工作的連續性和可維護性，在多級諧 振腔4兩側開有抗流門6，以備干燥過程中及時處理故障和日常清潔之用， 多級諧振腔4的所有開口都設有微波抑止器7，抗流門6。
具體實施例方式
實施例l
A、將尺寸為1500mmX200mX25mm，初含水率為30%的橡木，送進微 波頻率為915MHz的微波處理裝置中，在常壓下，干燥溫度控制在6(TC，干 燥10分鐘即可將其干燥至含水率10%; B、將步驟A的干燥木材送至真空加 壓罐中，抽真空至77KPa真空度，解除真空，在下列質量比的無機阻燃劑復 配混合溶液即20%的脲基磷酸鹽、10%的硼酸、70%的水中，在表壓為 1.6MPa的壓力下，浸泡木材15分鐘，解除壓力，排出阻燃劑，再抽真空至 77KPa真空度，解除真空，然后取出木材；C、將步驟B的木材送至微波頻 率為915MHz的微波處理裝置中，在常壓下，控制干燥溫度6(TC，干燥3分鐘， 即可得到阻燃劑滲入深度超過8mm的阻燃干燥橡木板材。
實施例2
A、將尺寸為300mmX100mX25mm，初含水率為42%的長白落葉松， 送進微波頻率為2450MHz的微波處理裝置中，在常壓下，控制干燥溫度8(TC， 干燥10分鐘，即可將其干燥至含水率8%; B、將上述木材送至真空加壓罐 中，抽真空至77KPa真空度，解除真空，用下列質量比的無機阻燃劑復配混 合溶液即15X的美國迪瑞康的FRT， 12%的硼砂，73%的水中，在表壓為 1.2MPa的壓力下浸泡木材30分鐘，解除壓力，排出阻燃劑，再抽真空至77KPa 真空度，解除真空，然后取出木材；C、將上述木材送至微波處理裝置中， 在常壓下，干燥溫度控制在8(TC，干燥2分鐘即可得到阻燃劑滲入深度超過 1 Omm的阻燃干燥長白落葉松板材。
實施例3
A、將尺寸為200mmX100mX60mm，初含水率為52%的馬尾松，送進 微波頻率為2450腿z的微波干燥器中，在常壓下，干燥溫度控制在7(TC,干 燥10分鐘即可將其干燥至含水率12%; B、將木材送至真空加壓罐中，抽真 空至377KPa真空度，解除真空，用下列質量比的無機阻燃劑復配混合溶液 即18X的聚磷酸銨APP， 6%的五硼酸銨，76%的水中，在表壓為1.4MPa的 壓力下，浸泡木材25分鐘，解除壓力，排出阻燃劑，再抽真空至57KPa真空 度，解除真空，然后取出木材；C、將上述木材送至微波處理裝置中，在常壓下，干燥溫度控制在75'C，干燥3分鐘即可得到阻燃劑滲入深度超過9mm 的阻燃干燥馬尾松板材。 實施例4
A、將尺寸為100mmX100mX50mm，初含水率為48%的紅杉，送進微波頻 率為915腿z的微波處理器中，在常壓下，干燥溫度控制在卯。C，干燥4分 鐘即可將其干燥至含水率14%; B、將木材送至真空加壓罐中，抽真空至 77KPa真空度，解除真空，用下列質量比的無機阻燃劑復配混合溶液即 18%的磷酸脲，8%的硼酸乙脂，74%的水中，在表壓為1.4MPa的壓力下浸 泡木材25分鐘，解除壓力，排出阻燃劑，再抽真空至77KPa真空度，解除 真空，然后取出木材；C、將上述木材送至微波處理裝置中，在常壓下，干 燥溫度控制在7CTC，干燥5分鐘即可得到阻燃劑滲入深度超過12mm的阻 燃干燥紅杉板材。
以上所述僅為本發明的若干個具體實施方式
，應當指出，對于本領域 的專業技術人員而言，在此實施例基礎上可以作出多種變形和改進，所有 未超出權利要求所述的變形或改進均應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1、一種微波處理阻燃木材的方法，其特征在于經過下列步驟(1)將木材置于微波處理裝置中，在微波頻率為915MHz或者2450MHz，真空或常壓，溫度為50～160℃條件下，微波加熱處理30～5000秒；(2)將經過(1)步驟處理的木材送至真空加壓罐中，抽真空至20～90 KPa真空度，解除真空，在含有質量比為5～50％的阻燃劑溶液中，并在0.1～10MPa壓力下，浸泡木材3～720分鐘，取出木材后，在10～95KPa真空度下，真空處理0.1～12小時；(3)將經過(2)步驟處理的木材置于微波處理器中，在微波頻率為915MHz或者2450MHz，真空或常壓，溫度為50～160℃條件下，微波加熱處理30～5000秒，得阻燃木材。
2、 根據權利要求1所述的微波處理阻燃木材的方法，其特征在于所述 步驟(1)、 (3)的處理溫度及處理時間視木材種類、木材自身的特性及產 品要求具體確定。
3、 根據權利要求1所述的微波處理阻燃木材的方法，其特征在于所述 步驟(2)的真空度、處理壓力視木材種類、木材自身的特性及產品要求具 體確定。
4、 根據權利要求1所述的微波處理阻燃木材的方法，其特征在于所述 步驟(2)的阻燃劑用量同樣也要視木材種類、木材自身的特性及產品等級 要求具體確定。
5、 根據權利要求1所述的微波處理阻燃木材的方法，其特征在于所述 阻燃劑為現有技術中的常規無機阻燃劑，即含磷化合物中的磷酸、焦磷酸、 美國迪瑞康的FRT及其鹽類中的一種或幾種；磷一氮化合物中的磷酸二氫 銨、磷酸二氫銨、脲基磷酸鹽GUP、聚磷酸銨APP中的一種或幾種；磷一 鹵化合物中的鹵代磷酸脂或三氯氧磷中的一種或幾種；硼化物中的硼酸、 硼砂及其混合物中的五硼酸銨、硼酸脂、硼酸乙脂中的一種或幾種；或其 他化合物中的一種或者兩種以上混合物。
6、 根據權利要求1所述的微波處理阻燃木材的方法，其特征在于所述 阻燃劑為下列之一種(A)由市購的純度為98n/。的脲基磷酸鹽GUP和純度阻燃劑，其質量比為脲基磷酸鹽gup :硼酸水=1 2 : 0. 1 1 : 0. 1 2; (B)由市購的純度為98%的聚磷酸銨app和純度為99%的硼酸復配的無機阻燃劑，其質量比為聚磷酸銨app :硼酸 水二i 2 : o. i i : o. 1 2.5 。
全文摘要
本發明提供一種微波處理阻燃木材的方法，經過微波加熱處理，真空加壓處理，在含有質量比為5～50％的阻燃劑溶液中以及0.1～10MPa壓力下，浸泡木材3～720分鐘，之后真空加壓處理，最后經微波加熱處理后，即得阻燃木材。其熱量不從木材外部傳入，而通過微波交變電場與木材中水分子的相互作用在內部傳熱，使木材整體升溫快，提高其滲透性，同時殺滅木材內部的蛀蟲和蟲卵，改善阻燃劑在木材內部的分布狀況，使阻燃劑不會跟隨溶液一起遷移而被原位析出，從而從根本上解決了傳統方法對阻燃木材處理時阻燃劑在木材表面大量富集和嚴重偏析的問題，除微波加熱外，沒有額外的熱能損耗，所得阻燃木材可直接作為建筑裝飾用材料。
文檔編號B27K5/04GK101306547SQ200810058530
公開日2008年11月19日 申請日期2008年6月13日 優先權日2008年6月13日
發明者劉應杰, 郭玉忠, 陳冬華 申請人:昆明理工大學