專利名稱：利用天然木材竹材加工廢氣物制備天然防護劑的方法
技術領域：
本發明涉及一種天然防護劑制備的方法，更具體地，是指一種利用木材竹材加工 廢氣物制備天然防護劑的方法。
背景技術：
木材是一種人類利用歷史悠久、應用廣泛的天然材料，也是一種環保節能、倍受人 們喜愛的天然材料。木材主要由纖維素、半纖維素和木質素，以及少量抽提物組成。木材 抽提物的含量雖不多，但其種類豐富，據國內外專家研究分析木材抽提物含有多元酚類、萜 類、樹脂酸類、脂類和碳水化合物等700多種有機化合物(彭萬喜，朱同林，鄭真真等.2004. 木材抽提物的研究現狀與趨勢.林業科技開發，18(5) :6-9)，這些物質不僅與木材的顏色、 氣味和耐久性等有密切關系，而且，許多化合物可以直接用于香料、殺蟲劑、防腐劑、染料、 抗氧化劑和活化劑等，具有重要的化工、醫用和精細化工的利用價值。木材抽提物可以用 水、酒精、苯、乙醇、醚等有機溶劑浸提，也可用稀堿浸提或蒸汽蒸餾等方法提取。然而，由于 木材抽提物的含量較少，如果采用上述方法專門收集木材抽提物則會造成非常高的成本。 而且，在木材的實際利用過程中，由于木材抽提物會影響木材膠合和紙漿漂白，造成木材膠 黏劑和紙漿漂白劑的增加和浪費，因此，長期以來木材抽提物被當作不利成分或者是有害 成分。隨著我國加入世界貿易組織和我國經濟的快速發展，我國的木材加工業也得到了 前所未有的發展。目前，年木材總消耗量超過3. 8億多立方米，是世界第二大木材消耗國， 而木材干燥是木材加工過程中最重要的、不可缺少的一個環節之一。然而，木材干燥過程中 也會排出大量的廢氣物，為了降低廢氣物對環境的污染，目前主要采用廢氣物焚燒、生物過 濾和吸附等方法進行控制，但這些技術和方法不僅需要特殊的設備和措施，增加了大量成 本，而且，很難在此過程中獲得有價值的回報，因此，廢氣物一般都未經過處理就被排入大 氣中，不僅對周圍環境造成污染，成為了真正的廢氣物。因此，對木材加工廢棄(氣)物的 高效控制和回收，甚至將廢棄(氣)物“變廢為寶”將對我國木材加工產業、環境保護和經 濟發展產生重要的經濟效益和社會效益。目前，市場上的木材和竹材保護劑(也稱防護劑)，大部分由化工產品制成，對 人體健康和環境危害比較大，雖然，也有許多新型和環保型的木材和竹材保護劑，如一種 新型木材防護劑(專利申請(專利)號200610027709.6)所用的組分為納米級銅化物 和檸檬酸等，如改性殼聚糖金屬復合物木材防腐劑及其制造方法(專利申請(專利)號 200810062631.0)利用殺菌性金屬鹽、殼聚糖、過硼酸及其鹽類等制成的新型防腐劑，雖然 具有一定環保的功能，但也一定程度上用了對環境有危害的化工產品，且生產成本較高。而 一種新型木材防腐劑(專利申請(專利)號=200910147579. 3)采用了蛇床、苦參、地膚子 和土茯苓等中藥配方作為木材防腐劑是具有抗菌、防蟲作用，且對木腐菌也具有一定的抑 制作用，且完全是綠色環保材料，但所使用的原料為自身具有較高藥用價值的中藥，因此， 生產成本也較高。
為解決上述問題，本發明的目的是針對木材加工過程中產生木材干燥廢氣的特 點，而提出一種利用天然木材竹材加工廢氣物制備天然防護劑的方法，在木材干燥過程中 采用冷凝裝置將木材干燥廢氣物冷凝，所述冷凝產物由于包含具有防護劑功效的組分，其 能用作天然防護劑。然后優選的可以將冷凝產物進行分離，去除廢水和雜質成分得到經過 分離的天然防護劑產物，利用該產物可以對木材和竹材進行處理達到天然防護目的，也可 以進一步對該產物進行提純，得到防腐、驅蟲防蚊、防霉等各種不同功效的天然防護劑和天 然化工原料。為實現上述目的，本發明提供的一種木材和/或竹材防護劑的制備方法包括下列 步驟(1)利用干燥設備對含有至少一種具有木材和/或竹材防護劑功效的抽提物成分 的木材和/或竹材進行干燥；(2)冷凝回收干燥過程所產生的廢氣，獲得液體產物。優選的，所述的制備方法還包括(3)對冷凝回收獲得的液體產物進行油水分離，以去除其中的水分和固體雜質，從 而獲得經過分離的液體產物。進一步優選的，所述制備方法還包括(4)對經過分離的液體產物進行進一步的分離和提純，從而獲得包含所述至少一 種具有防護劑功效的抽提物成分的產物或者具有防護劑功效的抽提物成分的單一組分產 物。木材和/或竹材防護劑功效指的是具有天然耐久性或抗生物危害功能的功效，更 具體的包括殺蟲、抗菌、防腐、抗氧化、抗紫外和/或耐候等功效。現有技術中，對于木材和 竹材的各種抽提物成分和功效已經進行了大量研究，例如可參見“木材抽提物的研究現狀 與趨勢”(彭萬喜，朱同林，鄭真真等.2004.木材抽提物的研究現狀與趨勢.林業科技開 發，18(5) 6-9)以及“木材對人體健康的保健功效和危害(1)——木材對人體健康的保健 功效”(王凱等，2006.木材對人體健康的保健功效和危害(1)——木材對人體健康的保健 功效.林產工業，33(1) 665-67)等等文獻。本領域技術人員可以根據實際需要選用合適 的木材和竹材。優選的，所述步驟(1)中被干燥的木材和/或竹材選自于樟木、檀香木、日本檜木、 紅松、杉木、日本柳杉、美洲松、扁柏、雪松、側柏、檀香木、巴西產香脂蘇木、柚木、紫竹、桉 木、臺灣扁柏、白櫟、柏木、檫木、沉香木、翠柏、丁香、東非綠心樟、福建柏、紅豆杉、黃連木、 黃楊木、苦楝、冷杉、六道木、落葉松、歐洲赤松、福射松、樟子松、泡桐、鉛筆柏、日本柳杉、蘇 木、臺灣杉、烏木、香椿、香紅木、銀杏、圓柏、棗樹、皂莢、楨楠、斑竹、毛竹和香糯竹中的一種 或多種。如上所述的木材和/或竹材防護劑的制備方法中，其中步驟(1)所述的干燥設備 可以為木材加工廠所用的各種干燥設備，包括溫度100°c左右的常規干燥設備、干燥溫度在 100 150°C的高溫干燥設備、溫度150 240°C的超高溫干燥(熱處理)設備，干燥工藝可 以按正常生產時的工藝進行。
4
如上所述的木材和/或竹材防護劑的制備方法中，其中步驟(2)中所述的廢氣冷 凝回收所采用的冷凝回收裝置可以與干燥廢氣排出管直接相接，冷凝裝置內部裝有冷卻介 質入口和冷卻介質出口，干燥廢氣經冷凝器冷卻后的廢氣從冷凝后廢氣排出口排出，冷凝 產物從冷凝回收裝置的產物排出管排出，得到冷凝產物，還可以在冷凝裝置上同時裝備回 收利用廢氣物攜帶的熱能裝置。如上所述的木材和/或竹材防護劑的制備方法的步驟(4)中，本領域技術人員可 以根據需要分離提純出不同的期望組分或組分組合物，所述的分離提純可以采用商業化設 備來進行。本發明還提供了根據上述制備方法所制備的木材和/或竹材防護劑。對于根據本發明的方法所制備的木材和/或竹材防護劑，使用時，可以采用涂刷、 浸泡、壓力浸注等多種常規的防護處理方法對木材或竹材及其制品進行防護處理。因此，本發明還提供了一種木材和/或竹材的防護方法，其特征在于，使用根據上 述方法所制備的木材和/或竹材防護劑采用涂刷、浸泡或者壓力浸注的防護處理方法對木 材或竹材進行防護處理。木材干燥過程中會產生大量的廢氣物，而廢氣物中含有由木材抽提物組成的 豐富的化合物，如25 30種a-菔烯、菔烯和茨烯等萜烯類化合物，以及甲酸、乙 酸和丙酸等有機酸，甲醛、乙醛和糠醛等非萜烯類化學成分(McDonald A. G.，P. H. Dare, J. S. Gifford, et al. 2002. Assessment of airemissions from industrial kiln drying of Pinus radiata wood. Holz als Roh-undfferkstoff, 60 (3) : 181—190)。因此，本專利結 合我國木材加工過程中木材干燥產生廢氣物的實際情況，利用一種廢氣物回收和分離處理 的方法，將木材加工過程中的廢棄物，尤其指木材干燥過程中產生的廢氣物進行回收利用， 利用本專利回收得到的廢氣物將以液態的形式存在，該產物由于含有天然的香料、驅(殺) 蟲劑、防腐劑、染料、抗氧化劑和活化劑等成分，不僅可以直接涂飾在木材和竹材表面，達到 木材和竹材的天然防護和裝飾作用，也可以利用該產物根據需要分離提純出不同的有效成 分，制備出具有專一性或多用途的殺蟲、抗菌、防腐、抗氧化、抗紫外、耐候性的天然防護劑。 由于該產物來源于天然木材原料中，所以，是一種天然、環保的產品。本發明與現有技術相比的特點是近幾年，隨著我國經濟發展、人民生活水平的提 高，木材及制品的消費也在迅速增長，目前，我國年木材總消耗量超過3. 8億多立方米，是 世界第二大木材消耗國，而木材干燥是木材加工過程中最重要的、不可缺少的一個環節之 一，木材干燥時產生的單位廢氣量雖然不是很多，但是由于我國每一年甚至每一天所進行 干燥的木材總量是非常大的。因此，回收并利用木材干燥廢氣物就具有重要的社會效益和 經濟價值。本發明充分利用我國的這一情況，并對大量的木材原料進行研究分析，篩選出 四十多種含有具有抗生物危害功能的抽提物成分的木材和竹材原料，作為木材干燥廢氣物 回收利用的主要對象，利用廢氣冷凝裝置和冷凝物分離提純裝置得到天然防護劑，并用于 木材和竹材及其制品的天然防護，該天然防護劑還可以為醫藥、化工行業提供廉價且豐富 的純天然原料，真正實現了“變廢為寶”，而且，還可以同時回收利用廢氣物攜帶的熱能，達 到了節約能源、保護環境的目的，可以產生巨大的經濟效益和社會效益。本專利是將木材加工廢氣物“變廢為寶”，為天然藥物、輕工業和化工產品等提供 豐富而廉價的天然原料，而且，還可以同時回收利用廢氣物攜帶的熱能，達到了節約能源、保護環境的目的，可以產生巨大的經濟效益和社會效益。
圖1為根據本發明的一個具體實施方式
的利用天然木材和/或竹材加工廢氣物制 備天然防護劑方法的流程示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步說明。實施例1 利用桉樹木材干燥廢氣物制備天然防護劑1)木材原料的選擇世界森林植物中，有木本植物8000余種，其中喬木占2000多種，但用于傳統木材 性質研究的喬木樹種只數百種。我國木本植物約有7500種，喬木約2500種，但常見用材僅 300余種。不是所有木材含有的抽提物都具有天然防護的功能，因此，需要進行研究篩選。根據前人的研究和文獻資料，本發明分析歸納出自身含有具有可賦予木材天然耐 久性或抗生物危害功能的抽提物成分的以下常見木材(竹材)樹種，如杉木、桉木、臺灣扁 柏、白櫟、柏木、側柏、檫木、沉香木、柚木、翠柏、丁香、東非綠心樟、福建柏、紅豆杉、紅松、黃 連木、黃楊木、苦楝、冷杉、六道木、落葉松、歐洲赤松、輻射松、樟子松、泡桐、鉛筆柏、日本柳 杉、蘇木、臺灣杉、檀香木、烏木、香椿、香紅木、銀杏、圓柏、棗樹、皂莢、樟木、楨楠、紫竹、斑 竹、毛竹和香糯竹等木材樹種。對于本專利中所述的木材樹種選擇，不是狹義上的為了收集木材干燥廢氣而去購 買或采集特定的木材原料，而是指在前期研究和試驗的時候進行選擇，以確定可以實現利 用天然木材竹材加工廢氣物制備天然防護劑的木材樹種(包括竹材)。在實際生產中，如果 需要干燥的木材原料為上述木材(竹材)樹種時，即可開始利用本發明進行天然防護劑的 制備。在本實施例中，選擇了我國南方常見的桉樹木材進行試驗，將木材原料加工成長 1000 1200mmX自然寬X30mm厚的板材。2)木材干燥及干燥廢氣的冷凝收集利用木材干燥設備對桉樹木材進行干燥，干燥時的干球溫度110 125°C，濕球溫 度85 95 °C，干燥時間30 36h。在木材干燥設備的廢氣出口，連接上廢氣冷凝回收裝置，冷凝裝置內部裝有冷卻 介質入口和冷卻介質出口，干燥廢氣經冷凝器冷卻后的廢氣從冷凝后廢氣排出口排出，冷 凝產物從冷凝回收裝置的產物排出管排出，得到冷凝產物，還可以在冷凝裝置上同時裝備 回收利用廢氣物攜帶的熱能裝置。3)冷凝物的分離和提純利用油水分離裝置對廢氣冷凝回收產物進行分離，去除廢水和雜質成分，得到初 級的天然防護劑產物，當收集到約500毫升的天然防護劑時，停止收集，并準備對木材或竹 材進行防護處理。利用分離提純裝置還可以對初級天然防護劑產物進一步分離和提純，以得到不同 組分和不同功效的更專一化的天然防護劑和天然化工原料。
6
4)利用天然防護劑對木材或竹材進行防護處理對木材或竹材及其制品進行防護處理的技術和方法，可以為涂刷、浸泡、壓力浸注 等多種常規的防護處理方法。實施例2 利用天然防護劑進行木材和竹材防霉菌及藍變菌性能試驗本實施例中所用的天然防護劑是根據實施例1中的第1 3步驟獲得，然后再利 用天然防護劑對木材和竹材進行處理，檢測其防霉菌及藍變菌性能。參照國家標準GB/T 18261-2000《防霉劑防治木材霉菌及藍變菌的試驗方法》，將 馬尾松邊材木材樣品(50mmX20mmX5mm)和毛竹竹材樣品(50mmX20mmX5mm)放入天然防 護劑中浸漬3min，然后對防護處理樣品的防霉變和防藍變色性能進行檢測。防霉菌和防藍變菌效果的評定標準是以樣品受木材霉菌或藍變菌感染后的被害 值為評定依據，按標準分為五級被害值為0指試樣表面無菌絲，內部及外部顏色均正常； 被害值為1指試樣表面感染面積< 1/4，內部顏色正常；被害值為2指試樣表面感染面積 1/4 1/2，內部顏色正常；被害值為3指試樣表面感染面積1/2 3/4，或內部藍變面積 < 1/10 ；被害值為4指試樣表面感染面積> 3/4，或內部藍變面積> 1/10.檢測結果為1)對于未處理木材樣品，曲霉菌、青霉菌、綠色木霉菌和藍變菌的被 害值達到3或4級，對于天然防護劑處理后的木材樣品，其被害值為0或1級；2)對于未處 理竹材樣品，曲霉菌、青霉菌、綠色木霉菌和藍變菌的被害值都為4級，對于天然防護劑處 理后的竹材樣品，其被害值分別為1級。該結果表明，利用木材干燥廢氣物制備的天然防護 劑可以對木材和竹材進行防霉變及防藍變色處理，而且具有很好的防霉變及防藍變效果。實施例3 利用杉木高溫干燥廢氣制備天然防護劑利用木材高溫干燥(熱處理)設備分別對桉木和杉木進行了蒸汽法木材熱處理。 高溫干燥處理的主要工藝為首先逐步升溫將木材干燥到絕干，然后再快速升溫到160 220°C，處理時間約2 6h，在高溫干燥熱處理過程中，采用本發明的方法分別在不同溫度 和處理時間條件下，收集由木材高溫干燥廢氣物制備成的天然防護劑。實施例4 利用輻射松干燥廢氣制備萜烯類物質天然防護劑利用干燥設備對輻射松木材進行干燥，干燥工藝為干球溫度100 120°C，濕球 溫度70 90°C。利用油水分離裝置對廢氣冷凝回收產物進行分離，去除廢水和雜質成分， 得到初級的天然防護劑產物，當收集到約500毫升的天然防護劑時，停止收集，然后利用分 離提純裝置對初級天然防護劑產物進一步分離和提純，得到a-菔烯、菔烯、莰烯等萜 烯類物質。其中，a _菔烯是一種天然精油，有特殊的化學活性，是合成樟腦、合成香料、合成 樹脂、醫藥和其它有機合成工業的原料，可用作合成樟腦、龍腦及紫丁香香料的原料。0 -菔 烯主要用于香料生產，是合成菔烯樹脂和生產維生素E等的重要原料之一。精制的
菔烯可用于日化香精的調配和為其它工業品的加香。
權利要求
一種木材和/或竹材防護劑的制備方法，其特征在于包括下列步驟(1)利用干燥設備對含有至少一種具有木材和/或竹材防護劑功效的抽提物成分的木材和/或竹材進行干燥；(2)冷凝回收干燥過程所產生的廢氣，獲得液體產物。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，還包括(3)對冷凝回收獲得的液體產物進行油水分離，以去除其中的水分和固體雜質，從而獲 得經過分離的液體產物。
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，還包括(4)對經過分離的液體產物進行進一步的分離和提純，從而獲得包含所述至少一種具 有防護劑功效的抽提物成分的產物或者具有防護劑功效的抽提物成分的單一組分產物。
4.根據權利要求1-3中任一所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中被干燥的木 材和/或竹材選自于樟木、檀香木、日本檜木、紅松、杉木、日本柳杉、美洲松、扁柏、雪松、側 柏、檀香木、巴西產香脂蘇木、柚木、紫竹、桉木、臺灣扁柏、白櫟、柏木、檫木、沉香木、翠柏、 丁香、東非綠心樟、福建柏、紅豆杉、黃連木、黃楊木、苦楝、冷杉、六道木、落葉松、歐洲赤松、 輻射松、樟子松、泡桐、鉛筆柏、日本柳杉、蘇木、臺灣杉、烏木、香椿、香紅木、銀杏、圓柏、棗 樹、皂莢、楨楠、斑竹、毛竹和香糯竹中的一種或多種。
5.根據權利要求1-4中任一所述的制備方法所制備的木材和/或竹材防護劑。
6.一種木材和/或竹材的防護方法，其特征在于，使用根據權利要求5所述的木材和/ 或竹材防護劑采用涂刷、浸泡或者壓力浸注的防護處理方法對木材或竹材進行防護處理。
全文摘要
本發明涉及一種利用天然木材竹材加工廢氣物制備天然防護劑的方法，其步驟是，首先選擇一些含有具有可賦予木材天然耐久性或抗生物危害功能的抽提物成分的木材或竹材，利用木材干燥設備對木材或竹材進行干燥，在干燥設備的廢氣出口連接上廢氣冷凝回收裝置，獲得的產物可用作天然防護劑，再利用油水分離裝置對廢氣冷凝回收產物進行分離，去除廢水和雜質成分得到可用于天然防護劑的經過分離的產物，也可再利用分離提純裝置對上述產物進一步分離和提純，得到防腐防霉、驅蟲防蚊等更專一化的不同功效的天然化工原料和天然防護劑；利用上述獲得各種天然防護劑對木材或竹材及其制品進行涂刷、浸泡和壓力浸注等防護處理，達到對木材竹材天然防護的目的。
文檔編號B27K3/52GK101941223SQ201010258168
公開日2011年1月12日 申請日期2010年8月19日 優先權日2010年8月19日
發明者呂斌, 楊忠, 羅朝暉, 覃道春 申請人:中國林業科學研究院木材工業研究所;國際竹藤網絡中心