一种木材浸渍改性方法及改性木材

本发明属于木材加工，具体涉及一种木材浸渍改性方法及改性木材。背景技术：1、四大原材料中木材是唯一可再生的天然高分子材料，由于其独特的纹理、颜色、触感、机械性能等优点，在家具、航海、航天、铁路、建筑、包装、家装等多个领域均有广泛应用。天然的木制品在使用过程中总是会有开裂、变形、腐朽、虫蛀、变色等现象产生，归根究底是木材的性质使然。由于木材主要是由纤维素、半纤维素、木质素这三大成分组成，这三种成分均含有大量游离羟基，当木制品的使用环境湿度发生变化时，游离羟基与水分子形成氢键使得微纤丝之间的距离变大，宏观表现为开裂变形。此外，自然中某些微生物以木材的纤维素、木质素等成分为养料，因而木材感染这些微生物后会有腐朽变色的现象发生。2、由于人工林培育期短，材性较天然林差，上述缺点在人工林木材制品中更为显著。对上述木材的缺点，通过物理或化学的改性方法可以改善天然缺点以赋予人工林木材更大的生命力，有效延长其产品的使用周期，从而达到保护木材目的，这也是木质资源长期发展的趋势。常见的木材改性方法有化学改性(乙酰化等)、浸渍改性(包括有机与无机)、密实化改性、高温热处理改性，其中浸渍改性因操作简便、易于实现、效果良好而备受欢迎。3、常规木材浸渍改性工艺大多采用满细胞法，这种工艺的流程是先将干燥处理后的木材放在处理罐中后用真空泵抽至一定真空状态以便除去木材中的空气，然后把浸渍液引入处理罐中，最后通过加压使浸渍改性液充分浸入木材中，这种改性工艺应用较多，相对比较成熟，但这种工艺需要昂贵的压力罐及大体积的改良功能试剂，处理过程繁琐。除此之外还有一些新颖的工艺，比如脉冲式加压浸注法、超声法等。以上改性方法大多是在外在作用力下使改性剂迅速进入木材内部，但是使用机械设备会由于产生的动力而消耗大量能耗，因此相比较其他外动力木材改性而言，寻求一种基于木材生物的自身作用力的方法在能耗节约方面有较大的优势。技术实现思路1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种木材浸渍改性方法，其受木材蒸腾作用的启发，通过光能辅助木材灌注，相对于传统的真空浸渍的方法，该方法利用光照提供驱动力，且无需使用大量的功能试剂，具有绿色，廉价等的优点，并且改性效果良好。2、第一方面，本发明提供了一种木材浸渍改性方法，其包括以下步骤：3、(1)将木材进行表面碳化处理，得到碳化木；4、(2)将步骤(1)所得碳化木部分浸泡于改性剂中，在光照条件下进行浸渍改性。5、根据本发明的一些实施方式，所述表面碳化处理的条件包括：温度为500-800℃，时间为15-30s。6、根据本发明，所述表面碳化方法可以使用本领域公知的任何能使木材表面碳化的方法，例如气相介质加热法、蒸汽环境加热法即水热法、惰性气体环境加热法、油性环境加热法、火焰处理等，优选对木材表面进行火焰烧烤处理。7、在一些实施方式中，使用氧焊枪烧烤对木材表面进行表面碳化处理。用火焰喷枪处理20-30s，至表面有一层黑色的炭化层。8、根据本发明的一些实施方式，步骤(2)中，所述碳化木浸泡于所述改性剂中的体积占所述碳化木总体积的10％-40％，优选为15-20％。9、已知的，木材的生长方向为竖直向上的，在浸泡时放置方向也是延木材生长方向竖直浸泡的，因此，为了计算方便，本发明中碳化木浸泡于改性剂中的体积的计算方式也可以是竖直长度的10％-40％，优选为15-20％。10、根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中，在对木材进行表面碳化处理前先按加工要求对木材进行裁切处理。在一些实施方式中，所述木材为经过处理成具有平整表面的木材。11、根据本发明的一些实施方式，步骤(2)中，将碳化木竖直置于所述改性剂中。12、根据本发明，碳化木竖直置于改性剂中是为了使碳化木运动方向和改性剂进入木材内的导管中方向保持相同。13、根据本发明的一些实施方式，所述改性剂选自含有可聚合双键的有机小分子试剂溶液、含有无机纳米粒子的溶液和含有具有在木材细胞腔内原位反应功能的前驱体的溶液中的至少一种。14、根据本发明的一些优选的实施方式，所述改性剂选自有机硅烷试剂、无机盐、有机小分子中的至少一种。15、根据本发明的一些优选的实施方式，所述改性剂优选自氯化钙溶液、丙烯酰胺溶液、正硅酸四丁酯、硼酸溶液。16、根据本发明的一些优选的实施方式，所述改性剂为正硅酸四丁酯。17、根据本发明，所述改性剂和木材种类没有明确匹配限定，可以根据对木材进行不同功能化改性目的进行具体选择。18、根据本发明的一些实施方式，步骤(2)中，所述光照强度为100-1000mw/cm2，优选为300-400mw/cm2；所述光选自光源氙灯、钨灯。19、根据本发明，光照强度越强效果越好，木材是中的管道不会因为光照太强关闭，但是太强的话不利于高浓度的溶液在木材孔道中的扩散，选用光照节能环保成本较低，因此，光照强度为100-1000mw/cm2，优选为300-400mw/cm2。20、根据本发明，众所周知，植物的蒸腾作用与光合作用协同作用使得植物不断生长、发育。植物叶片进行光合作用时，水分便从叶子的气孔和表皮细胞表面蒸腾到大气中去，气孔下腔附近的叶肉细胞因蒸腾作用失水而导致水势降低，所以从相邻细胞取得水分。同样，相邻细胞又从另一个细胞取得水分，如此便从导管吸水，最后根部从环境中吸水。这种因蒸腾作用所产生的吸水力量叫做“蒸腾拉力”。在整株植物中，蒸腾拉力可以经茎导管传递到根系，使根系再从土壤中吸收水分。由于吸水的动力依赖于叶的蒸腾作用，故把这种吸水也称为根的被动吸水。蒸腾拉力是蒸腾旺盛季节中植物吸水的主要动力。21、本发明受蒸腾作用启发，将木材表面碳化，将碳化木浸泡于改性剂中，在光照射下，碳化的木材表面将光转化为热，表面的热量提供改性试剂从木材低端到顶部的驱动力，从而实现木材的浸渍改性。22、根据本发明的一些实施方式，步骤(2)中，所述浸泡的时间为0.1-24h，优选为8-10h。23、根据本发明，步骤(2)中所述浸泡的时间根据材种、材料尺寸大小而定，一般需1小时至24小时。24、根据本发明的一些实施方式，所述木材为天然林木材或人工林木材。25、根据本发明，所述木材可以为天然或人工林木材，优选人工林木材，例如工业速生材等。26、根据本发明的一些实施方式，步骤(2)中，木材浸泡完毕，还包括将木材取出进行干燥。干燥包括在空气中自然干燥或者烘干。烘干温度为60-105℃。27、改性方法如图1所示。28、第二方面，本发明提供了一种如本发明第一方面所述的改性方法制备得到的改性木材。29、第三方面，本发明提供了第一方面所述的改性方法得到的改性木材和/或第二方面所述的改性木材在木材尺寸稳定、木材防腐、木材发光等领域中的应用。30、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：31、1、本发明利用光照提供改性剂浸渍改性的驱动力，节约能耗，绿色无污染。32、2、本发明无需使用大量改性功能试剂，改性效果良好且节约成本。