一种木材表层低廉高效可控炭化方法及其应用与

本发明涉及表面处理，尤其涉及一种木材表层低廉高效可控炭化方法及其应用。背景技术：1、木材作为地球上一种储量较为丰富的可再生资源，因其轻质、美观等优点而被广泛应用于家具制造、室内装修等领域。然而，木材固有的亲水特性，使其较容易发生腐蚀、老化、尺寸不稳定等现象，极大限制了木材的开发使用范围。对木材进行炭化处理，能够有效阻止或延缓木材腐蚀，同时增加其稳定性。但是，通过整体炭化得到的木材，其全部表面呈现为炭黑色，缺少一定的艺术感和灵动性。在家居装饰等领域中，随着人们生活品味和审美程度的不断提高，对具有精美图案设计的炭化木装饰材料的需求日益增加。2、现有技术中，对炭化木表面进行激光和手工雕刻，可以在木材表面获得精美图案，但是进行激光加工，设备投入大，生产成本高，手工雕刻则耗时费力，生产效率低。鉴于此，有必要提出一种成本更低、效率更高的木材表层低廉高效可控炭化方法。技术实现思路1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种木材表层低廉高效可控炭化方法及其应用。本发明方法可对木材表层进行可控炭化，从而获得表面具有炭化图案、其余表面仍保持原木色的可控炭化木材，该材料可应用于装饰木材。本发明方法简单，生产效率高且成本低，适于工业化生产。2、本发明的具体技术方案为：3、第一方面，本发明提供了一种木材表层低廉高效可控炭化方法，包括以下步骤：4、1）将木材浸没于亚氯酸钠酸性水溶液中加热预处理，取出后洗涤、干燥，得到表层具有疏松多孔结构且仍保持原木色的预处理木材。5、2）将聚磷酸铵、淀粉和水混合加热搅拌，制得炭化促进膏。6、3）将炭化促进膏施加于预处理木材的局部表面以形成图案，待炭化促进膏中的聚磷酸铵渗透进入木材表层后干燥，得到待炭化木材。7、4）对待炭化木材具有图案部分的表层进行可控炭化，得到表层具有炭化图案的可控炭化木材。8、本发明上述方法的技术原理为：将聚磷酸铵、水与淀粉混合加热糊化制成炭化促进膏。聚磷酸铵能够促进木材脱水炭化，降低木材成炭温度。淀粉作为助剂，使得糊化后所形成的炭化促进膏能够通过丝网印刷施加于木材表面形成精细图案，解决了聚磷酸铵溶液流动不可控无法精准构建图案的问题。接着对所得待炭化木材进行可控炭化处理，在一定温度下，木材表面的图案部位达到炭化温度，迅速脱水炭化，而无图案的原木区域未达到炭化温度，不会炭化而仍保持原木色，最终获得表层具有炭化图案的可控炭化木材。9、此外，本发明在试验过程中发现炭化促进膏在木材表面及内部渗透深度较浅，导致炭化层厚度不理想的问题，为此，本发明巧妙地采用亚氯酸钠酸性水溶液对木材进行预处理。亚氯酸钠在酸性条件下可生成不稳定的亚氯酸，与木质素作用后可使木质素降解溶出，从而增加木材表层的孔隙率，最终达到提高炭化促进膏在木材表面渗透深度的效果。10、作为优选，步骤1）中，所述亚氯酸钠酸性水溶液中亚氯酸钠的浓度为2-5wt%。所述加热预处理的温度为70-90℃，时间为8-14h。11、为了进一步提高木材的可控炭化程度，即最终所得木材的表面只有施加炭化促进膏的部分发生炭化而其余表面不发生炭化且仍保持原木色，需要精准控制亚氯酸钠的浓度。木材主要由纤维素、半纤维素和木质素三种组分构成，其中木质素是木材细胞壁粘结成分，在不改变纤维素原分级排列情况下去除木质素可以增加木材孔隙率，从而为后续炭化促进膏的渗透提供更多通道和位点，从而增加木材炭化深度。若木质素去除量少，会使得预处理后的木材表层孔隙率过低，不利于聚磷酸铵的渗透，从而导致图案部分的炭化厚度不够理想；反之，若木质素去除率过高，会使得木材丧失了原木色（木质素过度去除后木材孔隙率高，导致原木色变浅甚至变为半透明色）。12、作为优选，步骤1）中，所述亚氯酸钠酸性水溶液的ph为3.5-4.5。13、作为优选，步骤1）中，所述木材为杨木。14、同样地，温度和时间也会在一定程度上影响亚氯酸钠对木材表层的预处理效果。经本发明的优化，上述温度和时间的预处理效果最佳。15、作为优选，步骤1）中，所述洗涤为水洗2-5次。16、作为优选，步骤1）中，所述干燥为在50-60℃下干燥3-6h。17、作为优选，步骤2）中，所述聚磷酸铵、水和淀粉的质量比为2-5:8-12:2-5。18、为了进一步提高木材的可控炭化程度，需要精准调控炭化促进膏的流动性以及聚磷酸铵从炭化促进膏渗出的能力。其中，调控炭化促进膏流动性的目的在于进一步提高炭化促进膏的塑性能力，可确保其通过例如丝网印刷等方式施加于木材表面后可精准保持形状，避免渗开进入无图案区域；调控聚磷酸铵从炭化促进膏渗出的能力的目的在于进一步确保渗透过程中聚磷酸铵能够充分从淀粉中脱离而渗透进入木材深处（若炭化促进膏的含水率过低，会增加聚磷酸铵从淀粉包裹中逃逸的阻力）。19、作为优选，步骤2）中，所述加热搅拌的温度为50-80℃，搅拌速率为150-200rpm，时间为30-50min。20、作为优选，步骤3）中，所述渗透的时间为30-60min。21、作为优选，步骤3）中，所述干燥的温度为50-60℃，时间为1-2h。22、作为优选，步骤3）中，所述炭化促进膏通过丝网印刷的方式施加于预处理木材的局部表面以形成图案。23、作为优选，步骤4）中，所述可控炭化的温度为270-290℃，时间为6-9min。24、为了进一步提高木材的可控炭化程度，需要精准控制炭化条件。若炭化程度不够，容易导致图案区域的炭化深度不够理想；反之，若炭化程度过高，容易使得无图案区域也发生了一定程度的炭化，从而导致所形成的炭化图案的边界不够清晰，无法保持原木色。25、第二方面，本发明提供了一种由上述方法得到的表层具有炭化图案的可控炭化木材，其表面未设有炭化图案的部分保持原木色。26、第三方面，本发明提供了上述方法得到的表层具有炭化图案的可控炭化木材在制备装饰木材中的应用。27、与现有技术对比，本发明的有益效果是：28、（1）本发明方法可对木材表层进行可控炭化，从而获得表面具有炭化图案、其余表面仍保持原木色的可控炭化木材，该材料可应用于装饰木材。本发明方法简单，生产效率高且成本低，适于工业化生产。29、（2）本发明采用亚氯酸钠酸性水溶液对木材进行预处理，可促进炭化促进膏对木材表层的渗透，最终增加炭化层厚度。30、（3）本发明将聚磷酸铵、水与淀粉混合加热糊化制成炭化促进膏，解决了聚磷酸铵溶液流动性不可控问题，使其能够被施加于木材表面形成目标图案。技术特征：1.一种木材表层低廉高效可控炭化方法，其特征在于包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）中，3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤1）中，4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2）中，所述聚磷酸铵、水和淀粉的质量比为2-5:8-12:2-5。5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：步骤2）中，所述加热搅拌的温度为50-80℃，搅拌速率为150-200rpm，时间为30-50min。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3）中，7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于：步骤3）中，所述炭化促进膏通过丝网印刷的方式施加于预处理木材的局部表面以形成图案。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4）中，所述可控炭化的温度为270-290℃，时间为6-9min。9.一种由权利要求1-8任一项所述方法得到的表层具有炭化图案的可控炭化木材，其特征在于：所述可控炭化木材表面未设有炭化图案的部分保持原木色。10.由权利要求1-8任一项所述方法得到的表层具有炭化图案的可控炭化木材或权利要求9所述表层具有炭化图案的可控炭化木材在制备装饰木材中的应用。技术总结本发明涉及表面处理技术领域，公开了一种木材表层低廉高效可控炭化方法及其应用。该方法包括：将木材浸于亚氯酸钠酸性水溶液中加热预处理，得到表层具有疏松多孔结构且仍保持原木色的预处理木材；将炭化促进膏施加于预处理木材的局部表面以形成图案，待渗透后干燥，得到待炭化木材；对待炭化木材具有图案部分的表层进行可控炭化，得到表层具有炭化图案的可控炭化木材。本发明方法可对木材表层进行可控炭化，从而获得表面具有炭化图案、其余表面仍保持原木色的可控炭化木材，该材料可应用于装饰木材。本发明方法简单，生产效率高且成本低，适于工业化生产。技术研发人员：龚新明受保护的技术使用者：浙江画之都文化创意有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/16