一种木材防腐处理的设备和方法与流程

本发明涉及一种木材防腐处理的设备和方法。

背景技术：

木材是一种天然可再生的工程结构材料，常被广泛的用作建筑材料用于基础设施建设、室内装修等领域。但在使用过程中，由于外界环境侵蚀引起的木材腐蚀是木质结构较常见的破坏形式。因此，为了提高木材的耐久性，其防腐性能改善变得尤为重要。木材防腐是采用各种化学的、物理的或生物的方法对木材进行防腐朽、防真菌变色、防霉、防虫蛀处理，延长木材使用寿命的方法与技术。

目前，木材防腐常用的方法主要有涂抹法、浸槽法、冷热槽法、浆膏涂抹法、围裹防腐法、活树处理法等。但是，上述方法均有各自的不足之处，例如防腐效果不佳，生产过程污染严重等。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种木材防腐处理的设备和方法，采用该设备进行木材防腐处理，处理后的木材防腐效果好，且处理过程无污染。

本发明第一方面提供了一种用于木材防腐处理的设备，包括1#水槽、2#水槽，供电部件和光催化光源，所述1#水槽和2#水槽的侧壁均设置至少一个孔洞；所述孔洞用于支撑待处理木材，并使木材的一端位于1#水槽内，另一端位于2#水槽内；所述供电部件用于提供电场力，使待处理的木材通过1#水槽和2#水槽内盛放的具有不同电负性的抗菌剂中的纳米颗粒进入待处理木材的内部；所述光催化光源用于对待处理木材进行光催化反应。

根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述供电部件包括与电源和导线连接的至少一组电极，每组电极包括正电极和负电极。优选地，电极的组数与待处理的木材的数量相同，例如3个待处理的木材，则电极的组数为3组。每组电极对应1个待处理的木材。

根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述电源为直流稳压输出电源。

根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述电极的材料选自钛网、钢丝网和铜丝网中的一种或多种。

根据本发明所述的设备的一些实施方式，1#水槽和2#水槽的孔洞的高度可以相同或不同，只要能支撑待处理木材，并使木材的一端位于1#水槽内，另一端位于2#水槽内，保证木材不会因倾斜而滑落即可。

根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述孔洞均设置防漏液垫片，防漏液垫片的材料具有较宽的选择范围，以能够保证不会产生液体泄露即可，例如但不限于防漏橡胶垫圈。

根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述光催化光源为紫外光源。

根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述1#水槽和2#水槽的材质具有较宽的选择范围，以不会与抗菌剂a和抗菌剂b反应为目的。例如但不限于：不锈钢、聚四氟乙烯、塑料等。

根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述设备还包括排液阀，用于排放1#水槽和2#水槽内的液体。

根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述设备还可以包括滑轮，用于移动设备。

根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述孔洞的大小可以根据木材的尺寸进行调整，无特别限定。

根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述正电极和负电极的形状和结构可以具有较宽的选择范围，以能够紧扣木材为目的，例如但不限于一端为开口的柱状结构，可以通过所述开口把电极卡进需要处理的木材的一端。

本发明第二方面提供了一种木材防腐处理的方法，包括以下步骤：

s1、将经过导电液浸泡处理的待处理木材穿过1#水槽和2#水槽的孔洞，且所述待处理木材的一端位于1#水槽内，另一端位于2#水槽内；

s2、将供电部件分别与待处理木材的两端连接，然后向1#水槽内注入含有纳米颗粒的抗菌剂a，并向2#水槽内注入含有纳米颗粒的抗菌剂b，且抗菌剂a和抗菌剂b具有不同电负性；

s3、对待处理木材进行通电；

s4、进行光催化反应。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，在s3之后且s4之前，该方法还包括进行干燥；优选地，所述干燥的条件包括：温度为20-30℃，时间为48-96h。所述干燥可以在干燥炉中进行。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，将供电部件分别与待处理木材的两端连接的过程包括：与电源和导线连接的正电极和负电极分别与待处理木材的两端连接。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述抗菌剂a为含有纳米二氧化钛颗粒和/或纳米氧化锌颗粒的悬浮液。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，在抗菌剂a中，纳米颗粒的含量为15-30重量％。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，在抗菌剂a中，纳米颗粒的粒径d分布为：d<10nm的颗粒占总纳米颗粒的5-15重量％。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，在抗菌剂a中，纳米颗粒的粒径d分布为：10nm≤d≤30nm的颗粒占总纳米颗粒的20-25重量％。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，在抗菌剂a中，纳米颗粒的粒径d分布为：30nm<d<80nm的颗粒占总纳米颗粒的20-30重量％。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，在抗菌剂a中，纳米颗粒的粒径d分布为：d≤80nm的颗粒占总纳米颗粒的40-50重量％。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述抗菌剂b为含有纳米银颗粒的悬浮液。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，在抗菌剂b中，纳米颗粒的含量为5-15重量％。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，在抗菌剂b中，纳米颗粒的粒径d分布为：d<10nm的颗粒占总纳米颗粒的10-15重量％。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，在抗菌剂b中，纳米颗粒的粒径d分布为：10nm≤d≤30nm的颗粒占总纳米颗粒的25-30重量％。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，在抗菌剂b中，纳米颗粒的粒径d分布为：30nm<d<80nm的颗粒占总纳米颗粒的25-35重量％。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，在抗菌剂b中，纳米颗粒的粒径d分布为：d≥80nm的颗粒占总纳米颗粒的25-35重量％。

在本发明中，抗菌剂a和抗菌剂b的溶剂可以为水，当并不限于此。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，抗菌剂a和抗菌剂b的用量确保能够浸没待处理的木材的上表面。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，当待处理木材的总横截面积s<50cm²时，输出电压设置为120v。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，当50cm²≤s≤100cm²时，输出电压设置为150v。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，当100cm²<s<120cm²时，输出电压设置为180v。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，当s≥120cm²时，输出电压设置为220v。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，s2中的通电时间为2-4h。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述光催化反应的过程为通过紫外光照射。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，照射时间为1-5h。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，s1中的导电液为水和/或饱和氯化钠溶液。优选地，浸泡时间为12-48h。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述木材可以为经过加工或未加工的木材。

根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述木材可以为但不限于马尾松、云杉、枫木、乌木和红松中的一种或多种。

根据本发明所述的方法的一些具体实施方式，木材防腐处理的方法，包括以下步骤：

s1、将待处理的木材在导电液中进行浸泡预处理；

s2、将经过浸泡预处理的木材两端分别穿过所述1#水槽和2#水槽的孔洞，并进行固定；

s3、将电极分别固定在位于所述1#水槽和2#水槽内的木材两端；

s4、分别向所述1#水槽和2#水槽内注入纳米抗菌剂悬浮液a和纳米抗菌剂悬浮液b；

s5、根据所选木材的横截面积，选择合适的电压，接通电源，在电场力的作用下，使所述1#水槽中抗菌剂悬浮液a中的带正电的纳米颗粒和所述2#水槽中抗菌剂悬浮液b中的带负电的纳米颗粒通过木材中孔隙，在木材内部传输，结合、沉积；

s6、通电2-4h；

s7、关闭电源，取出木材；

s8、干燥；

s9、紫外光下照射，即得到防腐木材。

本发明的有益效果：

1、本发明提出了采用电化学技术改善木材防腐性能的新设备和方法，其主要原理是：对木材进行通电，使与木材两端接触的抗菌剂悬浮液中的纳米颗粒在电场力的驱动下，通过木材的孔隙快速进入木材内部，纳米颗粒在木材内定向迁移，并均匀的沉积在木材内部的孔隙中，与木材纤维之间通过氢键或共价键结合，防止纳米抗菌剂的流失。随后借助光催化光源(例如紫外光)的催化作用，使纳米抗菌剂颗粒具有超强的氧化性，杀死进入木材中的虫卵、细菌等，提高木材的防腐性。

2、本发明的木材防腐处理方法经济环保，操作简单、方便，处理效果好，有效的解决了木材的防腐问题。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的用于木材防腐处理的设备的简图。

附图标记说明

1、1#水槽2、2#水槽3、孔洞

4、正电极5、负电极6、电源

7、导线8、防漏液垫片9、排液阀

10、木材

具体实施方式

为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。

【实施例1】

一种用于木材防腐处理的设备，如图1所示，包括1#水槽(图1中标记1)、2#水槽(图1中标记2)，供电部件和光催化光源(图1中未示出)，所述1#水槽和2#水槽的侧壁均设置一个孔洞(图1中标记3)。孔洞用于支撑待处理木材(图1中标记10)，并使木材的一端位于1#水槽内，另一端位于2#水槽内，孔洞均设置防漏橡胶垫圈(防漏液垫片，图1中标记8)。1#水槽和2#水槽的侧壁底部设置用于排放水槽内的液体的排液阀(图1中标记9)。1#水槽和2#水槽的底部设置滑轮。供电部件包括与直流稳压输出电源(图1中标记6)和导线(图1中标记7)连接的一组电极，电极包括正电极(图1中标记4)和负电极(图1中标记5)，正电极和负电极的材质为钛网，正电极和负电极分别与待处理木材的两端连接。供电部件用于提供电场力，使待处理的木材通过1#水槽和2#水槽内盛放的具有不同电负性的抗菌剂中的纳米颗粒进入待处理木材的内部。光催化光源为紫外光，用于对待处理木材进行光催化反应。

【实施例2】

一种用于木材防腐处理的设备，包括1#水槽、2#水槽，供电部件和光催化光源，所述1#水槽和2#水槽的侧壁均设置3个孔洞。每个水槽的1个孔洞用于支撑1块待处理木材(共3块待处理木材)，并使木材的一端位于1#水槽内，另一端位于2#水槽内，孔洞均设置防漏橡胶垫圈。1#水槽和2#水槽的侧壁底部设置用于排放水槽内的液体的排液阀。供电部件包括与直流稳压输出电源(电源)和导线连接的3组电极，每组电极包括正电极和负电极，正电极和负电极的材质为钛网，每组电极的正电极和负电极分别与1块待处理木材的两端连接。供电部件用于提供电场力，使待处理的木材通过1#水槽和2#水槽内盛放的具有不同电负性的抗菌剂中的纳米颗粒进入待处理木材的内部。光催化光源为紫外光，用于对待处理木材进行光催化反应。

【实施例3】

一种采用实施例1的木材防腐处理的设备进行木材防腐处理的方法，其具体步骤如下：

①木材预处理：选取1块马尾松木材，横截面积s为40cm²，在饱和氯化钠溶液中浸泡24h后取出，得到经过导电液浸泡处理的待处理木材(图1中标记10)；

②将步骤①得到的木材穿过如图1中所示的1#水槽1和2#水槽2侧壁上预留的孔洞(图1中标记3)，并用防漏橡胶垫圈(防漏液垫片，图1中标记8)堵塞木材与孔洞(图1中标记3)之间缝隙，并固定木材；

③如图1所示，将电极紧扣在木材上，木材的一端紧扣正电极(图1中标记4)，另一端紧扣负电极(图1中标记5)，并用导线将木材两端的正电极和负电极分别与电源(图1中标记6)的正、负极相连接；

④向如图1所示的1#水槽中注入抗菌剂a(纳米二氧化钛悬浮液；在悬浮液中，纳米二氧化钛颗粒的含量为5重量％；纳米颗粒的粒径d分布为：d<10nm的颗粒占总纳米颗粒的5重量％；10nm≤d≤30nm的颗粒占总纳米颗粒的25重量％；30nm<d<80nm的颗粒占总纳米颗粒的20重量％；d≤80nm的颗粒占总纳米颗粒的50重量％)；向2#水槽中注入抗菌剂b(纳米银悬浮液；在悬浮液中，纳米银颗粒的含量为5重量％；纳米颗粒的粒径d分布为：d<10nm的颗粒占总纳米颗粒的10重量％；10nm≤d≤30nm的颗粒占总纳米颗粒的30重量％；30nm<d<80nm的颗粒占总纳米颗粒的30重量％；d≤80nm的颗粒占总纳米颗粒的30重量％)，确保注入水槽中的抗菌剂a和抗菌剂b能够分别浸没木材的上表面。

⑤设置输出电压为120v，打开图1所示电源进行通电。

⑥对木材通电2h后，关闭电源。打开1#水槽的排液阀、2#水槽的排液阀，使1#水槽和2#水槽中的液面低于防漏橡胶垫圈(防漏液垫片，图1中标记8)的下边缘后，将防漏橡胶垫圈(防漏液垫片)、正电极和负电极移除，取出木材。

⑦将步骤⑥所得的木材放在温度为25±2℃的环境中风干处理，风干时长为72h。

⑧将步骤⑦中得到的木材在紫外光下照射2h后即得到防腐木材。

【实施例4】

一种采用实施例2的木材防腐处理的设备进行木材防腐处理的方法，其具体步骤如下：

①木材预处理：选取3块马尾松木材，总横截面积s为40cm²，在饱和氯化钠溶液中浸泡24h后取出，得到经过导电液浸泡处理的待处理木材；

②将步骤①得到的3块木材分别穿过1#水槽和2#水槽侧壁上预留的孔洞，3块木材平行放置，并用防漏橡胶垫圈堵塞木材与孔洞之间缝隙，并固定木材；

③将电极紧扣在木材上，每块木材的一端紧扣正电极，另一端紧扣负电极，并用导线将木材两端的正电极和负电极分别与电源的正、负极相连接；

④向1#水槽中注入抗菌剂a(纳米二氧化钛悬浮液；在悬浮液中，纳米二氧化钛颗粒的含量为5重量％；纳米颗粒的粒径d分布为：d<10nm的颗粒占总纳米颗粒的5重量％；10nm≤d≤30nm的颗粒占总纳米颗粒的25重量％；30nm<d<80nm的颗粒占总纳米颗粒的20重量％；d≤80nm的颗粒占总纳米颗粒的50重量％)；向2#水槽中注入抗菌剂b(纳米银悬浮液；在悬浮液中，纳米银颗粒的含量为5重量％；纳米颗粒的粒径d分布为：d<10nm的颗粒占总纳米颗粒的10重量％；10nm≤d≤30nm的颗粒占总纳米颗粒的30重量％；30nm<d<80nm的颗粒占总纳米颗粒的30重量％；d≤80nm的颗粒占总纳米颗粒的30重量％)，确保注入水槽中的抗菌剂a和抗菌剂b能够分别浸没木材的上表面。

⑤设置输出电压为120v，打开电源进行通电。

⑥对3块木材分别通电2h、3h、4h后(即1块木材通电2h，1块木材通电3h，1块木材通电4h)，关闭电源。打开1#水槽的排液阀、2#水槽的排液阀，使1#水槽和2#水槽中的液面低于防漏橡胶垫圈(防漏液垫片)的下边缘后，将防漏橡胶垫圈(防漏液垫片)、正电极和负电极移除，取出3块木材。

⑦将步骤⑥所得的3块木材放在温度为25±2℃的环境中风干处理，风干时长为72h。

⑧将步骤⑦中得到的3块木材在紫外光下照射2h后即得到防腐木材。

【实施例5】

一种采用实施例2的木材防腐处理的设备进行木材防腐处理的方法，其具体步骤如下：

①木材预处理：选取3块马尾松木材，总横截面积s为40cm²，在饱和氯化钠溶液中浸泡24h后取出，得到经过导电液浸泡处理的待处理木材；

②将步骤①得到的3块木材分别穿过1#水槽和2#水槽侧壁上预留的孔洞，3块木材平行放置，并用防漏橡胶垫圈堵塞木材与孔洞之间缝隙，并固定木材；

③将电极紧扣在木材上，每块木材的一端紧扣正电极，另一端紧扣负电极，并用导线将木材两端的正电极和负电极分别与电源的正、负极相连接；

④向1#水槽中注入抗菌剂a(纳米二氧化钛悬浮液；在悬浮液中，二氧化钛的含量为10重量％；纳米颗粒的粒径d分布为：d<10nm的颗粒占总纳米颗粒的15重量％；10nm≤d≤30nm的颗粒占总纳米颗粒的20重量％；30nm<d<80nm的颗粒占总纳米颗粒的25重量％；d≤80nm的颗粒占总纳米颗粒的40重量％)；向2#水槽中注入抗菌剂b(纳米银悬浮液；在悬浮液中，纳米银颗粒的含量为10重量％；纳米颗粒的粒径d分布为：d<10nm的颗粒占总纳米颗粒的15重量％；10nm≤d≤30nm的颗粒占总纳米颗粒的25重量％；30nm<d<80nm的颗粒占总纳米颗粒的35重量％；d≤80nm的颗粒占总纳米颗粒的25重量％)，确保注入水槽中的抗菌剂a和抗菌剂b能够分别浸没木材的上表面。

⑤设置输出电压为120v，打开电源进行通电。

⑥对3块木材分别通电2h、3h、4h后，关闭电源。打开1#水槽的排液阀、2#水槽的排液阀，使1#水槽和2#水槽中的液面低于防漏橡胶垫圈(防漏液垫片)的下边缘后，将防漏橡胶垫圈(防漏液垫片)、正电极和负电极移除，取出3块木材。

⑦将步骤⑥所得的3块木材放在温度为25±2℃的环境中风干处理，风干时长为72h。

⑧将步骤⑦中得到的3块木材在紫外光下照射2h后即得到防腐木材。

【实施例6】

一种采用实施例2的木材防腐处理的设备进行木材防腐处理的方法，其具体步骤如下：

①木材预处理：选取3块马尾松木材，总横截面积s为40cm²，在饱和氯化钠溶液中浸泡24h后取出，得到经过导电液浸泡处理的待处理木材；

②将步骤①得到的3块木材分别穿过1#水槽和2#水槽侧壁上预留的孔洞，3块木材平行放置，并用防漏橡胶垫圈堵塞木材与孔洞之间缝隙，并固定木材；

③将电极紧扣在木材上，每块木材的一端紧扣正电极，另一端紧扣负电极，并用导线将木材两端的正电极和负电极分别与电源的正、负极相连接；

④向1#水槽中注入抗菌剂a(纳米二氧化钛悬浮液；在悬浮液中，二氧化钛的含量为15重量％；纳米颗粒的粒径d分布为：d<10nm的颗粒占总纳米颗粒的10重量％；10nm≤d≤30nm的颗粒占总纳米颗粒的20重量％；30nm<d<80nm的颗粒占总纳米颗粒的30重量％；d≤80nm的颗粒占总纳米颗粒的40重量％)；向2#水槽中注入抗菌剂b(纳米银悬浮液；在悬浮液中，纳米银颗粒的含量为15重量％；纳米颗粒的粒径d分布为：d<10nm的颗粒占总纳米颗粒的12重量％；10nm≤d≤30nm的颗粒占总纳米颗粒的28重量％；30nm<d<80nm的颗粒占总纳米颗粒的25重量％；d≤80nm的颗粒占总纳米颗粒的35重量％)，确保注入水槽中的抗菌剂a和抗菌剂b能够分别浸没木材的上表面。

⑤设置输出电压为120v，打开电源进行通电。

⑥对3块木材分别通电2h、3h、4h后，关闭电源。打开1#水槽的排液阀、2#水槽的排液阀，使1#水槽和2#水槽中的液面低于防漏橡胶垫圈(防漏液垫片)的下边缘后，将防漏橡胶垫圈(防漏液垫片)、正电极和负电极移除，取出3块木材。

⑦将步骤⑥所得的3块木材放在温度为25±2℃的环境中风干处理，风干时长为72h。

⑧将步骤⑦中得到的3块木材在紫外光下照射2h后即得到防腐木材。

【对比例1】

选取3块马尾松木材，总横截面积s为40cm²，按照实施例4的方法进行处理，不同的是，抗菌剂a和抗菌剂b均替换为水。

【测试例】

本发明的测试方法以及测试中所用设备如下：

根据ly/t1283-2011《木材防腐剂对腐朽菌毒性实验室试验方法》分别对实施例3-6和对比例1处理后的木材进行测试，根据式(1)计算木材在不同菌种腐朽后的质量损失，结果见表1。

式中：r为菌种腐朽后木材的质量损失，％；

m1为光照不同时间后，试样腐朽前的恒重，g；

m2为试样腐朽后的恒重，g。

表1

表1结果可以看出，与未电化学防腐处理试样相比，采用本发明提供的木材防腐方法处理后，所得木材经腐朽试验测试后的质量损失均明显降低，均达到强耐腐的耐腐等级。同时，该方法操作简单、经济环保，对木材防腐性能的改善效果优异，具有很大的实用价值和推广前景。

以上所述的仅是本发明的优选实例。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，作为本领域的公知常识，还可以做出其它等同变型和改进，也应视为本发明的保护范围。

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