发明内容

本发明目的是提供一种碳化木及其制备方法，本发明通过步骤一制备成立方体形状的木板，步骤二将木板浸泡在造孔液中，步骤三将木板浸泡在造孔液中的木板取出并加热造孔，步骤四将木板干燥后木板浸泡在防虫液中，步骤五将木板取出并干燥脱水以及步骤六将木板的表面加热碳化得到碳化木起到了解决木材防虫害的技术效果。本发明具有制备工艺简单，制备成本低廉，步骤二、三在木板中制备出细微空隙便于步骤四中的防虫液注入木材中，同时步骤六中对木材表面高温碳化形成致密碳化层对防虫液进行封存作用提高了木板防虫害的持久度的优点。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种碳化木的制备方法，包括以下步骤：

S1.将木材制备成立方体形状的待处理木板；

S2.将所述待处理木板浸泡在造孔液中，得到预处理木板；

S3.将所述预处理木板从造孔液中取出并加热造孔，得到多孔木板；

S4.将所述多孔木板浸泡在防虫液中，得到防虫木板；

S5.将所述防虫木板从防虫液中取出并干燥脱水，得到脱水木板；

S6.将所述脱水木板的表面加热碳化，得到碳化木。

其中木板的木材原料主要选用松木，松木具有色泽天然，纹理清晰美观有质感，实用性强经久耐用，最重要的是弹性和渗透性强便于进一步通过浸渍加入化学药品，具体可选用落叶松、金钱松、雪松、黄杉、油杉等有商业生产和销售的松木，优选情况下还可选用美国南方松、花旗松、黄松、北欧赤松、红松、俄罗斯樟子松、鱼鳞松、扭叶松、加勒比松、黒松、铁杉、云杉、辐射松以及的青松、马尾松、落叶松等品种；造孔液是一种使材料中增加孔洞结构的添加剂，主要选用渗透性强并且可通过热处理或其他方式处理后可产生气体的化学试剂，从木材内部产生气体可以使得木材变得多孔，便于进一步添加药品；防虫液主要选用渗透性强、流动性好，并且对木材腐蚀程度小且可达到广泛杀虫效果的试剂；对木材的碳化过程主要采用了表面碳化，一般采用氧焊枪对木材表面进行短时间烧烤，使木材表面具有一层很薄的炭化层，对木材性能的改变可以类比木材的油漆，但可以突显表面凹凸的木纹，产生立体效果，并可实现对木材内部的封闭效果，将防虫液也封存在木头开孔内，并且表面碳化木加工性能好,克服产品表面起毛的弊病，同时在碳化作用下木材的吸水官能团半纤维素被重组，使最终产品具有较好的物理性能。

进一步优选的技术方案在于：所述S2中造孔液包括按重量计的以下组分：纯净水50-150份，造孔盐1-10份，所述待处理木板浸泡时间为6-12h。

其中纯净水采用蒸馏水效果最好，如果受生产条件限制使用地表水、地下水、自来水也可实现接近的技术效果，具体生产位置而定，所述造孔盐一般采用无机盐类物质，经加热后可产生气体，从木材内部膨胀形成细小空隙，同时浸泡时间过短使得造孔效果不佳，造孔时间过长会对木板侵蚀程度较高，降低力学强度。

进一步优选的技术方案在于：所述造孔盐为碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾以及碳酸氢钾中的任意一种或几种混合物。

其中所述造孔盐优选的情况下选用碳酸氢铵，因为碳酸氢铵一方面与水溶解性好，在水中的溶解度为14%(10℃)，17.4%(20℃)，21.3%(30℃)，碳酸氢铵的化学性质不稳定，受热易分解，36℃以上即开始缓慢分解，生成氨、二氧化碳和水，热至约60℃时，分解为NH₃ 21.5%，CO₂ 55.7%，H₂O 22.8%组成的白色烟雾，并且能被热水分解，在木材中几乎无残留，是理想的造孔盐试剂。

进一步优选的技术方案在于：所述S3中的所述加热造孔温度为40-70℃，加热时间为1-5h。

其中使用碳酸氢铵作为所述造孔盐时，虽然碳酸氢铵在36℃即可开始热分解，但是热分解效率过低，所以至少在40℃以上进行加热造孔过程，然而当加热温度达到70℃以上后，碳酸氢铵的热分解过程过快，在木材中形成的孔隙变得大而不均匀，所以应将热分解过程控制在70℃以下。

进一步优选的技术方案在于：所述S4中防虫液包括按重量计的以下组分：烟叶1-5份，氧化钙1-5份，加入纯净水60-300份混合，混合时间为12-24h。

其中所述烟叶优选的情况下选用一年生或有限多年生草本，茄科植物。植株被腺毛，茎高0.7-2m，叶柄不明显或成翅状柄，圆锥花序顶生，花萼筒状或筒状钟形，花冠漏斗状，末端粉红色为最佳，将烟叶与氧化钙粉末混合在一起，并加入适量的纯净水，氧化钙与水反应放热，对烟叶进行热浸渍，最后收集浸渍后的浸渍剂即为所述防虫液，所述防虫液pH值在13左右，若进一步添加纯净水稀释pH值可在12.5左右，所述防虫液中含有尼古丁，也可称之为烟碱，化学式为C₁₀H₁₄N₂，是一种存在于茄科植物（茄属）中的生物碱，也是烟草的重要成分，尼古丁广泛应用在农业杀虫剂中，将适量的尼古丁封存在木材中可使得木材具有防虫害的效果。

此外，由于所述防虫液呈碱性，可有效的进一步对木材孔隙中残存的所述造孔液进行分解，在木材中产生微小孔隙用于封存所述防虫液。

此外，木材在所述防虫液中浸渍时间低于12h则不能使得所述防虫液进入木材孔隙的效果，浸渍时间大于24h则碱性液体会对木材造成较高腐蚀影响木材的最终品质。

进一步优选的技术方案在于：所述烟叶包括红花烟草、黄花烟草、白花烟草中的一种或几种。

其中所述烟叶优选的情况下选用红花烟草，因为红花烟草发芽适温21～24℃，播后14～15天发芽，生长周期短，产出量高，并且含有丰富的尼古丁成分，是理想的所述防虫液制备原料。

进一步优选的技术方案在于：所述烟叶使用前需要粉碎并过筛，所述过筛过程使用的筛网为20-200目。

其中粉碎可采用切碎方式，优选的情况下采用植物粉碎机进行粉碎，产生的烟叶碎片更佳均匀，20目以下的烟叶碎片会残留在所述防虫液中，影响后续浸渍木材的外观，并且清理较为麻烦，需收集后作为它用或者遗弃，200目以上的烟叶碎片粉碎程度不够，浸渍效果不好，需收集后重新粉碎加以使用。

进一步优选的技术方案在于：所述S5中的所述干燥脱水方式为自然风干，风干时间为24-48h。

其中木材加热干燥会产生裂隙，影响最终木材的质量，自然风干的好处在于一方面使得木板保有原来的形貌，力学强度不会下降，另一方面放置在大气中的湿木材可与大气中的水分进行交换从而达到平衡状态，木材中的含水率在各个部位相对一致。

进一步优选的技术方案在于：所述S6中的所述加热碳化温度为1000-2000℃，加热时间为1-5s。

其中所述加热碳化过程采用氧焊枪烧烤使木材表面具有一层很薄的炭化层，一般采用MAPP焊枪，携带方便，安全可靠，在木材表面停留1s以上即可对木材达到碳化的效果，但是不能在同一部位停留超过5s，否则有烧穿木材或者遗留较大孔洞的隐患，影响木材的最终品质，经过所述加热碳化的木材表面具有深棕色的纹理，对木材性能的改变可以类比木材的油漆，但比油漆更好的点在于突显表面凹凸的木纹，产生立体效果，用于公园景观美化中可以很好地与自然植物融为一体，观赏效果好。

此外，所述加热碳化过程使得木材表面碳化产生一个致密层，对置于木材中的所述防虫液产生了封锁的效果，使得所述防虫液可以长久的停留在木材中。

此外，所述加热碳化过程产生的高温可以进一步消耗木材中残留的所述造孔盐，为所述防虫液提供更多的储存空间。

进一步优选的技术方案在于：所述S1中的所述待处理木板长度为10-200cm，宽度为5-100cm，厚度为1-5cm。

其中用于公园景观中的木板长度不宜过长，应保证其长度在200cm以下，这样安装后一般高度在150cm以下，低于一般人的身高，这样不会阻挡视线，宽度不宜在100cm以上，这样安装时便于控制木板的方向，可以安装成为各种形状以满足公园装饰的需求，厚度不宜超过5cm，一方面减少用料降低成本，另一方面过厚的木板不够美观并且安装运输不易。

此外，所述待处理木板厚度超过5cm后，防虫液不能很好地注入木板中，防虫害效果不佳。

本发明的有益之处在于：

1、本发明通过在木板中利用造孔剂制备出细微空隙便于防虫液注入木材中，提高木材中防虫液的保有量，防虫效果好；

2、本发明中利用高温喷枪对木材表面进行碳化作用，在木材表面形成了一个致密碳化层，有效将防虫液封存在木材中并且通过碳化的热量进一步反应木材中的造孔剂形成更多孔隙用于封存防虫液；

3、本发明中碱性的防虫液可进一步与造孔剂中的碳酸盐以及铵盐反应进行反应，提高木材内部孔隙率以便存留更多的防虫液；

4、本发明中的防虫液使用天然烟草制备而成，对木材腐蚀程度小，亲和力高。