[发明专利]一种基于水玻璃填充的高导热系数木材及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种高导热系数木材的制备方法，该方法将干燥的木材在水玻璃溶液中浸渍，将浸渍后的木材在通入酸性气体的密闭空间内静置，然后烘干。本发明提供的方法采用向木材中扩散无机填料的方式，工艺简单、原料价格低廉，可与木材的前期处理同时进行，优势明显。本发明提供的方法能够有效满足发热地板使用过程中节能降耗的需求；处理工艺简单/便捷，通过对木材内部孔隙的有效填充，促进热能在木材内的高效流通，提高地板的升温效率；通过对传热学、化学、材料学等学科的交叉应用的尝试，实现了对木材传热性能的提升，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及木材改性的技术领域，主要涉及一种基于水玻璃填充的高导热系数木材。

背景技术

目前，我国的供暖体制主要采用地面采暖供热，特别是低温热水地面辐射采暖应用较为广泛。木质地板由于冬暖夏凉、材面软硬度适中、行走感良好、表面纹理涨落有序、美观自然的优点备受青睐。但是，木质材料作为地面采暖用地板最大缺陷是导热系数低，导热性能差，存在着能源调节不良，采暖运行成本高，建筑能耗大等问题。因此，有效增加木质材料导热系数，提高地面采暖供热效率势在必行。

然而，国内提高地板热效率的主要方式是设计更为合理的地板结构。地板结构的变化将会增加板材的加工工序，成本增加幅度较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种高导热系数木材的制备方法。本发明提供的方法采用向木材中扩散无机填料的方式，工艺简单、原料价格低廉，可与木材的前期处理同时进行，优势明显，能够有效提高热量在木材中的传热效率/降低供暖能耗。

具体而言，本发明提供了一种制备高导热系数木材的方法，该方法将干燥的木材在水玻璃溶液中浸渍，将浸渍后的木材通入酸性气体，使水玻璃在木材内部形成网络结构，从而达到提高木材导热系数的目的。

本发明所述木材可以为杨木、松木等任意种类木材。

本发明首先对木材进行干燥处理，并配置水玻璃水溶液，然后将干燥后的木材在水玻璃水溶液中充分浸渍。本发明所述水玻璃水溶液的质量百分浓度为30％～70％，优选为35～50％。

本发明通过常温常压浸渍、加温常压浸渍或加温加压浸渍的方法实现水玻璃水溶液在木材内的扩散。具体而言：

所述浸渍可以在常温常压条件下进行；优选在常温常压条件下浸渍1～16h；更优选在常温常压条件下浸渍12～16h。

所述浸渍还可以在加温、常压下进行；优选在50～150℃、常压条件下浸渍1～15h；更优选在在80～100℃、常压条件下浸渍1～5h。在具体操作时，先将水玻璃水溶液加热至目标温度，再将干燥的木材放入所述加热的水玻璃水溶液中，常压浸渍，即可。

所述浸渍还可以在高温、高压条件下进行，优选在1～10MPa、 20～150℃条件下浸渍1～15小时；更优选在1～3MPa、温度80～100℃条件下浸渍1～5小时。在具体操作时，可将干燥的木材放入浸渍装置内，抽真空后，注入水玻璃水溶液，然后升压至目标压力，升温至目标温度，浸渍，即可。

本发明通过对含有水玻璃的木材进行酸化处理，实现水玻璃向硅酸的转变。具体而言，所述酸化处理采用的酸性气体为二氧化碳、二氧化硫或硫化氢，优选为绿色、安全的二氧化碳。为了使所述转变充分进行，本发明优选所述在密闭空间内静置的时间为20～30h。

本发明通过调控干燥温度和干燥时间实现在干燥过程中硅酸向二氧化硅的转变和在木材中的固定。所述烘干具体为：在80～200℃下烘干1～30h，优选在80～120℃下烘干0.5～4h。当所述烘干温度超过100℃时，通入保护气体；所述保护气体优选为氮气或二氧化碳。

本发明同时保护所述方法制备而成的高导热系数木材。

本发明进一步保护所述高导热系数木材在制备木质地板中的应用。