CN105459234A - 一种低吸水率枕木的制备方法 - Google Patents

一种低吸水率枕木的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及枕木加工技术，旨在提供一种低吸水率枕木的制备方法。包括：将原木素枕干燥后置于密闭容器中抽真空，然后加压后使化学试剂渗入外层，使其与原木素枕细胞壁中的高聚物发生反应；所用化学试剂是酸酐或酯中的至少一种；反应后取出枕木以热水浸泡，然后真空干燥、烘干即可。本发明制备的低吸水率枕木，其饱和吸水率为原木素枕的10～50％；间接提高了枕木的尺寸稳定性和防腐、防蛀性能。与注油处理工艺相比，工艺简单，容易实现，成本更低；制得的低吸水率枕木不含对人体有危害性的防腐剂，产品表面干净不会污染；产品避免了注入油性物质，不会产生易燃的危险。本发明制备的低吸水率枕木可作为铁路枕木、桥梁枕木、道岔枕木和其它专用用途。

Description

一种低吸水率枕木的制备方法
技术领域
本发明属于枕木加工技术，尤其涉及一种具有吸水率低、尺寸稳定、耐腐蚀、防虫蛀、无毒无害、环境友好的枕木的制备方法。
背景技术
枕木是承载物体，是用于铁路、桥梁和其它专用轨道走行设备铺设和承载设备铺垫的一种材料，其重量轻，弹性好，制作简单，价格便宜，被广泛应用。但木材易吸水，尺寸不稳定，以及易腐蚀，易被虫蛀，所以木枕的寿命很短，隔几年就需要重新更换，从而需要消耗大量的木材，对环境和资源造成很大的压力。目前为了提高木枕的寿命，常对木枕进行注油处理，形成油枕，即将原木素枕浸在煤焦油和蒽油的混合溶液里，经过高温高压处理，混合油浸渍到木材中，木材变得非常坚硬，非但不容易腐烂，而且防水，尺寸稳定。但这种处理方式有很多弊端，如油处理过程中所采用的防腐剂对人体有一定的危害性；在搬运与使用中，与皮肤接触会造成皮肤过敏或灼伤，若入口中则会引起中毒；在干旱和炎热天气环境下，产品表面会有少量溢油现象，会污染其它物品；另外，由于产品中注入了大量油，会更容易引发燃烧，因而存在很大的危险。
注油处理枕木存在上述弊端，因此人们开始思考新的方法来处理枕木。制备枕木的木材一般为松木、杉木、榆木、枫木等，其细胞壁主要由纤维素、半纤维素和木质素三种高聚物组成，而这三种高聚物中都含有羟基，它们亲水能力强，吸水能力高，这就是为什么枕木尺寸不稳定，防腐、防虫蛀性能差的根本原因。针对这种情况，我们使用化学方法对原木素枕进行处理，让亲水性弱的基团取代羟基，从根本上降低枕木的吸水能力，从而也就提高了枕木的尺寸稳定性和防腐防蛀性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中原木素枕性能的不足以及目前注油处理方式的弊端，提供一种低吸水率枕木的制备方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
本发明提供了一种低吸水率枕木的制备方法，包括以下步骤：
(1)将原木素枕放入干燥箱中，在120℃干燥4～8小时；
(2)干燥后的原木素枕置于密闭的反应容器中，抽真空30～120分钟；然后加入化学试剂，将反应容器加压至2～10个大气压，使化学试剂渗入至原木素枕的外层；
所述化学试剂是酸酐、酯中的至少一种；
(3)控制反应容器内的反应温度为100～150℃，加热时间4～10小时，使化学试剂与原木素枕细胞壁中的高聚物发生反应；
(4)反应结束后取出枕木，放入60～100℃的热水中浸泡4～12小时；然后转至真空干燥箱中，在100～150℃烘干4～10小时，即得到低吸水率枕木。
本发明中，所述原木素枕是松木、杉木、枫木，杨木、榆木或桦木中的任意一种材质。
本发明中，应控制所述化学试剂的用量，使原木素枕在进行反应时能够全部浸没于化学试剂中。
本发明中，所述化学试剂优选酸酐和酯的混合物，其质量配比关系为1～5∶1。
本发明中，所述酸酐优选乙酸酐，所述酯优选乙酸乙烯酯。
发明原理描述：
本发明通过使原木素枕外层细胞壁中的纤维素、半纤维素和木质素等高聚物与化学试剂发生化学反应，使枕木的吸水率大幅降低，从而也就间接提高了枕木的尺寸稳定性和防腐、防蛀性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明制备的低吸水率枕木，其饱和吸水率为原木素枕的10～50％；间接提高了枕木的尺寸稳定性和防腐、防蛀性能。
2、与注油处理工艺相比，本发明工艺简单，容易实现，成本更低；制得的低吸水率枕木不含对人体有危害性的防腐剂，产品表面干净不会污染；产品避免了注入油性物质，不会产生易燃的危险。
3、本发明制备的低吸水率枕木可作为铁路枕木、桥梁枕木、道岔枕木和其它专用用途。
附图说明
图1为本发明制备得到的低吸水率枕木结构示意图。
图中：1为化学处理层，2为未经化学反应处理的枕芯原木层，前者将后者全方位包覆。
具体实施方式
实施例1
将原木素枕(松木，长2500mm；宽220mm；厚145mm)放入120℃干燥箱中干燥4小时，然后放入密闭反应容器中，抽真空30分钟后加入乙酸酐，并施加2个大气压压力将乙酸酐注入到枕木中，随后加热乙酸酐至100℃，反应4小时。反应结束后，将枕木放入60℃的水中，浸泡4个小时后，将枕木放入120℃真空干燥箱中，烘干4小时，其饱和吸水率为原木素枕的50％。制得的低吸水率枕木包括化学处理层1和未经化学反应处理的枕芯原木层2，前者将后者全方位包覆。
实施例2
将原木素枕(松木，长2500mm；宽220mm；厚145mm)放入120℃干燥箱中干燥8小时，然后放入密闭反应容器中，抽真空120分钟后加入乙酸酐，并施加10个大气压压力将乙酸酐注入到枕木中，随后加热乙酸酐至150℃，反应10小时。反应结束后，将枕木放入100℃的水中，浸泡12个小时后，将枕木放入100℃真空干燥箱中，烘干10小时，其饱和吸水率为原木素枕的25％。制得的低吸水率枕木包括化学处理层1和未经化学反应处理的枕芯原木层2，前者将后者全方位包覆。
实施例3
将原木素枕(杉木，长2500mm；宽220mm；厚160mm)放入120℃干燥箱中干燥8小时，然后放入密闭反应容器中，抽真空60分钟后加入乙酸酐，并施加5个大气压压力将乙酸酐注入到枕木中，随后加热乙酸酐至120℃，反应6小时。反应结束后，将枕木放入80℃的水中，浸泡8个小时后，将枕木放入120℃真空干燥箱中，烘干8小时，其饱和吸水率为原木素枕的20％。制得的低吸水率枕木包括化学处理层1和未经化学反应处理的枕芯原木层2，前者将后者全方位包覆。
实施例4
将原木素枕(枫木，长2500mm；宽220mm；厚300mm)放入120℃干燥箱中干燥6小时，然后放入密闭反应容器中，抽真空90分钟后加入乙酸酐，并施加10个大气压压力将乙酸酐注入到枕木中，随后加热乙酸酐至150℃，反应10小时。反应结束后，将枕木放入100℃的水中，浸泡12个小时后，将枕木放入120℃真空干燥箱中，烘干10小时，其饱和吸水率为原木素枕的35％。制得的低吸水率枕木包括化学处理层1和未经化学反应处理的枕芯原木层2，前者将后者全方位包覆。
实施例5
将原木素枕(松木，长2500mm；宽220mm；厚145mm)放入120℃干燥箱中干燥4小时，然后放入密闭反应容器中，抽真空50分钟后加入乙酸乙烯酯，并施加2个大气压压力将乙酸酐注入到枕木中，随后加热乙酸乙烯酯至100℃，反应4小时。反应结束后，将枕木放入60℃的水中，浸泡4个小时后，将枕木放入120℃真空干燥箱中，烘干4小时，其饱和吸水率为原木素枕的45％。制得的低吸水率枕木包括化学处理层1和未经化学反应处理的枕芯原木层2，前者将后者全方位包覆。
实施例6
将原木素枕(杉木，长2500mm；宽220mm；厚160mm)放入120℃干燥箱中干燥8小时，然后放入密闭反应容器中，抽真空120分钟后加入乙酸乙烯酯，并施加10个大气压压力将乙酸酐注入到枕木中，随后加热乙酸乙烯酯至150℃，反应10小时。反应结束后，将枕木放入100℃的水中，浸泡12个小时后，将枕木放入150℃真空干燥箱中，烘干10小时，其饱和吸水率为原木素枕的30％。制得的低吸水率枕木包括化学处理层1和未经化学反应处理的枕芯原木层2，前者将后者全方位包覆。
实施例7
将原木素枕(枫木，长2500mm；宽220mm；厚300mm)放入120℃干燥箱中干燥6小时，然后放入密闭反应容器中，抽真空120分钟后加入乙酸乙烯酯，并施加8个大气压压力将乙酸酐注入到枕木中，随后加热乙酸酐至130℃，反应8小时。反应结束后，将枕木放入80℃的水中，浸泡10个小时后，将枕木放入120℃真空干燥箱中，烘干8小时，其饱和吸水率为原木素枕的40％。制得的低吸水率枕木包括化学处理层1和未经化学反应处理的枕芯原木层2，前者将后者全方位包覆。
实施例8
将原木素枕(杨木，长2500mm；宽220mm；厚160mm)放入120℃干燥箱中干燥8小时，然后放入密闭反应容器中，抽真空60分钟后加入乙酸酐和乙酸乙烯酯(质量比为1:1)，并施加5个大气压压力将乙酸酐和乙酸乙烯酯注入到枕木中，随后加热乙酸酐和乙酸乙烯酯至120℃，反应6小时。反应结束后，将枕木放入80℃的水中，浸泡8个小时后，将枕木放入100℃真空干燥箱中，烘干8小时，其饱和吸水率为原木素枕的50％。制得的低吸水率枕木包括化学处理层1和未经化学反应处理的枕芯原木层2，前者将后者全方位包覆。
实施例9
将原木素枕(榆木，长2500mm；宽220mm；厚160mm)放入120℃干燥箱中干燥8小时，然后放入密闭反应容器中，抽真空60分钟后加入乙酸酐和乙酸乙烯酯(质量比为3:1)，并施加5个大气压压力将乙酸酐和乙酸乙烯酯注入到枕木中，随后加热乙酸酐和乙酸乙烯酯至150℃，反应10小时。反应结束后，将枕木放入80℃的水中，浸泡8个小时后，将枕木放入120℃真空干燥箱中，烘干10小时，其饱和吸水率为原木素枕的45％。制得的低吸水率枕木包括化学处理层1和未经化学反应处理的枕芯原木层2，前者将后者全方位包覆。
实施例10
将原木素枕(桦木，长2500mm；宽220mm；厚160mm)放入120℃干燥箱中干燥8小时，然后放入密闭反应容器中，抽真空120分钟后加入乙酸酐和乙酸乙烯酯(质量比为5:1)，并施加5个大气压压力将乙酸酐和乙酸乙烯酯注入到枕木中，随后加热乙酸酐和乙酸乙烯酯至150℃，反应10小时。反应结束后，将枕木放入80℃的水中，浸泡8个小时后，将枕木放入120℃真空干燥箱中，烘干10小时，其饱和吸水率为原木素枕的40％。制得的低吸水率枕木包括化学处理层1和未经化学反应处理的枕芯原木层2，前者将后者全方位包覆。
实施例11
将原木素枕(桦木，长2500mm；宽220mm；厚160mm)放入120℃干燥箱中干燥8小时，然后放入密闭反应容器中，抽真空120分钟后加入马来酸酐和乙酸乙酯(质量比为5:1)，并施加5个大气压压力将乙酸酐和乙酸乙烯酯注入到枕木中，随后加热乙酸酐和乙酸乙烯酯至150℃，反应10小时。反应结束后，将枕木放入80℃的水中，浸泡8个小时后，将枕木放入120℃真空干燥箱中，烘干10小时，其饱和吸水率为原木素枕的50％。制得的低吸水率枕木包括化学处理层1和未经化学反应处理的枕芯原木层2，前者将后者全方位包覆。
实施例12
将原木素枕(松木，长2500mm；宽220mm；厚160mm)放入120℃干燥箱中干燥8小时，然后放入密闭反应容器中，抽真空120分钟后加入丙酸酐和乙酸甲酯(质量比为5:1)，并施加5个大气压压力将乙酸酐和乙酸乙烯酯注入到枕木中，随后加热乙酸酐和乙酸乙烯酯至150℃，反应10小时。反应结束后，将枕木放入80℃的水中，浸泡8个小时后，将枕木放入120℃真空干燥箱中，烘干10小时，其饱和吸水率为原木素枕的50％。制得的低吸水率枕木包括化学处理层1和未经化学反应处理的枕芯原木层2，前者将后者全方位包覆。
对比实施方式
以下对比例，均以上述10个案例中的饱和吸水率最低的案例(实施例3)作为基础进行设置。
对比实施例1
将实施例3中“抽真空60分钟后加入乙酸酐”更换成“抽真空20分钟后加入乙酸酐”，其余同于实施例3，其饱和吸水率为原木素枕的40％。
对比实施例2
将实施例3中“抽真空60分钟后加入乙酸酐”更换成“抽真空140分钟后加入乙酸酐”，其余同于实施例3，其饱和吸水率为原木素枕的25％。
对比实施例3
将实施例3中“并施加5个大气压压力”更换成“并施加1个大气压压力”，其余同于实施例3，其饱和吸水率为原木素枕的50％。
对比实施例4
将实施例3中“并施加5个大气压压力”更换成“并施加11个大气压压力”，其余同于实施例3，其饱和吸水率为原木素枕的25％。
对比实施例5
将实施例3中“随后加热乙酸酐至120℃，反应6小时”更换成“随后加热乙酸酐至80℃，反应6小时”，其余同于实施例3，其饱和吸水率为原木素枕的45％。
对比实施例6
将实施例3中“随后加热乙酸酐至120℃，反应6小时”更换成“随后加热乙酸酐至160℃，反应6小时”，其余同于实施例3，其饱和吸水率为原木素枕的25％。
对比实施例7
将实施例3中“随后加热乙酸酐至120℃，反应6小时”更换成“随后加热乙酸酐至120℃，反应3小时”，其余同于实施例3，其饱和吸水率为原木素枕的30％。
对比实施例8
将实施例3中“随后加热乙酸酐至120℃，反应6小时”更换成“随后加热乙酸酐至120℃，反应11小时”，其余同于实施例3，其饱和吸水率为原木素枕的25％。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种低吸水率枕木的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将原木素枕放入干燥箱中，在120℃干燥4～8小时；
(2)干燥后的原木素枕置于密闭的反应容器中，抽真空30～120分钟；然后加入化学试剂，将反应容器加压至2～10个大气压，使化学试剂渗入至原木素枕的外层；
所述化学试剂是酸酐或酯中的至少一种；
(3)控制反应容器内的温度为100～150℃，加热时间4～10小时，使化学试剂与原木素枕细胞壁中的高聚物发生反应；
(4)反应结束后取出枕木，放入60～100℃的热水中浸泡4～12小时；然后转至真空干燥箱中，在100～150℃烘干4～10小时，即得到低吸水率枕木。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原木素枕是松木、杉木、枫木、杨木、榆木或桦木中的任意一种材质。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述化学试剂的用量，使原木素枕在进行反应时能够全部浸没于化学试剂中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述化学试剂是酸酐和酯的混合物，其质量配比关系为1～5∶1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸酐是乙酸酐，所述酯是乙酸乙烯酯。
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