木材改性

改善或改變木材的物理、力學、化學性質和構造特徵的物理或(和)化學加工處理方法。其目的是提高木材的天然耐腐(蛀)性、耐酸性、耐鹼性、阻燃性、耐磨性、顏色穩定性、力學強度和尺寸穩定性。經過改性處理的木材稱改性木或改良木。至於經防護處理的木材以及膠合板、刨花板等雖具有某些改性木材的性質，但習慣上多不列入改性木材範疇。

簡介

木材改性技術包括:木材塑合、木材浸漬、木材乙醯化、木材熱處理、木材壓縮和彎曲、木材漂白和染色

以及其他改性技術。

詳解

簡介

改善或改變木材的物理、力學、化學性質和構造特徵的物理或(和)化學加工處理方法。其目的是提高木材的天然耐腐(蛀)性、耐酸性、耐鹼性、阻燃性、力學強度和尺寸穩定性。經過改性處理的木材稱改性木或改良木。至於經防護處理的木材以及膠合板、刨花板等雖具有某些改性木材的性質，但習慣上多不列入改性木材範疇。

來源

19世紀30年代初，德國生產過一種名叫木石的壓縮木，是改性木之始。第二次世界大戰期間，隨著合成樹脂的發展，以及木材浸注、熱壓工藝和設備的改進，先後出現了多種改性木，如浸漬木、膠壓木等。20世紀60年代又出現了塑合木。迄今由於技術上或經濟上的可行性不夠，改性方法多停留在試驗階段，只有壓縮木或壓定木、浸漬木、膠壓木、聚乙二醇處理的木材和塑合木等有不同規模的工業生產。

木材壓縮

木材的強度通常與其密度成一定的函式關係，密度大，強度也大。同時木材的強度又受其含水率和溫度的影響。含水率和溫度增高時強度便降低，反之則增高。根據這些相關關係，經濕熱處理的木材，在其垂直的紋理方向進行熱壓，可使木材的彈性變形轉化為塑性變形，然後在木材被壓縮狀態下降低它的溫度與含水率,使木材壓縮後的體積與形狀定型化(“變定”),材質即密實而成為壓縮木。其密度可達1.2～1.4克/厘米3，各種強度也在不同程度上相應提高，韌性一般不會因熱壓過度而降低。壓縮木的缺點是在潮濕的環境中會吸濕而回彈，失去壓縮密實的特點，造成尺寸不穩定。回彈在很大程度上受壓縮時溫度的影響。如熱壓溫度提高,則回彈率降低。回彈率不是壓縮率的函式,而是壓縮木中剩餘應力的函式。為使壓縮木有較好的尺寸穩定性，儘可能使木材的含水率接近使用時的平衡含水率,熱壓溫度應儘可能提高到韌性損失的允許極限,保溫、保壓至少30分鐘。木材在熱壓條件下塑化需要足夠的水分。為防止在高溫下水分從其端頭逸散，最好在溫度接近水的沸點時迅速施加壓力,使水分封密在木材中,然後再升高溫度到160～180℃。 卸壓時把木材冷卻到100℃以下。如此形成的回彈性低的壓縮木材色發暗，說明壓縮時產生的內應力的一部分已得到解除，稱為壓定木。在中國，壓縮木廣泛用於製造紡織工業用的木梭，以代替珍貴硬闊葉材。 　如將木材迅速地在 260℃和小於10兆帕的壓力下短暫地加熱碾壓，可使木材表面約幾個毫米厚度的部分塑化密實（密度為1.0克/厘米3）。這樣處理的表面,其耐磨耗性可比未經處理的高20倍。

木材浸漬

浸漬木與膠壓木 是改性木中較早的產品,木材-酚醛樹脂的複合材料。浸漬木是木材用水溶性或醇溶性酚醛樹脂浸漬後，經低溫乾燥，再加熱使與樹脂聚合而成。由於木材部分細胞的胞壁被樹脂充脹，胞腔等空隙被填充，木材中的空隙率減少，尺寸穩定性提高。當樹脂含量為木材體積的35%時，其抗縮率可達75%。為使木材易於被酚醛樹脂浸透，往往採用薄單板浸漬，再用較低的壓力將層積的單板熱壓膠合達到需要的厚度。浸漬木通常用於模具製造。與膠壓木的耐腐性、耐酸性、強度、硬度和耐磨耗性等都顯著提高，但韌性則因木材經受高溫和存有樹脂而明顯降低，耐鹼性也無提高。一般可作為電絕緣材料、民用餐具的刀柄等，膠壓木還可做成機械零件。如用糠醇樹脂替代酚醛樹脂,浸漬時用1%的氯化鋅、檸檬酸或甲酸作為催化劑，可使浸漬木具有耐鹼性。其材色比酚醛浸漬的深，可用於製作液槽和壓濾機的部件等。 　木材的聚乙二醇處理 目的只是為了減少木材因含水率的變化而產生的濕脹乾縮率，保持木材的尺寸穩定性。方法簡便有效，處理過的木材具有極好的尺寸穩定性，抗縮率可高達98%，但其他物理和力學性質基本上與未經處理的生材相同。分子量在 600～1000之間的聚乙二醇為液體狀，可與水按任何比例混溶，是一種良好的充脹劑，水分蒸發後能殘留在木材中起充脹作用。它不同於酚醛樹脂，加熱後不會固化為絡合的大分子，在胞壁中仍保持著蠟狀物質。經處理過的木材有潮濕的手感，但不影響膠合質量。有吸濕性，但由於木材胞壁已被充脹，不會有尺寸變化。如塗以聚氨基甲酸乙酯類的塗料可用於室外。這種改性方法可用於處理木質藝術品和木質文物以及樂器和槍托等，以防止木材發生乾裂等弊病。

木材塑合

用具有一個或幾個雙鍵的乙稀基單體浸注木材，然後在一定條件下使之在木材中產生聚合反應形成樹脂，填充木材空隙而形成，是一種木材 -聚合物的複合材料。乙烯基聚合反應優於縮聚反應之處在於它借自由基催化，既非酸性，又非鹼性，不會殘留需要排除的副產物如水等。由於多數乙烯基單體，如乙烯、丙烯、苯乙烯、丙烯腈等都是非極性的，不大可能和木材纖維素上的羥基起反應，乙烯基聚合物僅僅填滿木材中的空隙，而起充脹木材結構的作用。乙烯基單體進入木材細胞壁結構的程度究竟如何，尚無定論。用苯乙烯、甲基丙烯酸、甲酯浸漬木材製成的塑合木，其尺寸穩定性提高的程度很小。丙烯腈則是良好的木材充脹劑，用以浸漬製成的塑合木有相當好的尺寸穩定性。如用能與乙烯基單體混溶的木材充脹劑如甲醇或乙醇、二惡烷、二甲替甲醯胺、二甘醇等，則所得塑合木的抗縮率可達74%。用乙烯基樹脂處理的木材比用酚醛樹脂處理的木材充填度高，韌性和耐磨耗性也好。

木材乙醯化

木材乙醯化是採用乙醯劑處理木材,以提高木材尺寸穩定性的技術。乙醯化木材具有密度均勻、表面平整、尺寸穩定性高、耐腐性強、熱延展性低、不增加毒性、木材本身強度不降低等優點[7]。木材乙醯化處理一般分為液相法、氣相法和綜合法。傳統的木材乙醯化處理藥劑分為乙醯劑和催化劑,現在多直接使用乙酸酐進行生產。此外,還可以使用乙醯化和熱處理聯合作用,或者先乙醯化再交聯處理。木材乙醯化技術研究一直是木材改性技術領域最為活躍的研究課題之一。20世紀20年代末就有了木粉和鋸屑被乙醯化的報導,而實木乙醯化的研究始於40年代。隨後,美國、日本等相繼開始了木材乙醯化的技術研究及套用研究。目前乙醯化木材已經實現了商品化。由於乙醯化木材成本較高,主要用於製作高附加值產品。乙醯化實木的首推套用領域為室外平台(甲板),乙醯化纖維則可用於製造錐形擠壓成型聚丙烯熱塑複合材料。

木材熱處理

木材熱處理是指在保護氣體環境或液體介質中,在160~250e溫度範圍內,對木材進行處理的一種環保型技術,可以改善木材的尺寸穩定性、耐久性和顏色[8]。熱處理木材通常稱為炭化木或物理木,可用於家具、鑲木地板、門窗、預製牆體、桑拿房、廚房等諸多領域。按照所使用的加熱介質不同,木材熱處理工藝主要有3種:氣相介質加熱法、水熱法和油熱法。目前國外木材熱處理技術的商業套用主要集中在荷蘭、法國、德國和芬蘭等國,這些國家已經開發了5種典型的木材熱處理工藝:荷蘭的Plato工藝,法國的Retification和LesBois工藝,德國的熱油處理工藝和芬蘭的Thermo Wood工藝。我國的木材熱處理工業目前尚存在很多問題:如沒有形成完善的熱處理工藝;相關配套技術亦不成熟;缺乏專門的熱處理設備,大部分使用的是傳統窯式乾燥方式;產品存在質量缺陷,如樹節脫落、表裂和內裂、色差大等[8]。

木材漂白和染色

木材漂白是指用化學方法,使木材色澤變淺或褪色的技術;木材染色是採用物理或化學方法,改變木材顏色及防止木材變色的技術,二者均是提高普通或低木材的裝飾性和附加值的有效方法[11-12]。特別是人工林木材,通過漂白、染色、模擬木紋等技術加工,可以消除心邊材、早晚材和渦旋紋之間的色差,或模擬珍貴樹種木材的裝飾效果。近十幾年來,木質材料的漂白、染色技術備受重視,工藝研究不斷推進。有機染料在木材加工領域的使用,起源於1913年苯胺紫被用於立木染色。60年代以來,日本在木材漂白和染色領域做了大量的研究工作;德國、義大利等也開發出了工業化木材染色專利技術,其產品在我國已有銷售。80年代末,我國開始對木材漂白和染色技術進行探索,主要套用於薄木染色,和以科技木為代表的重組裝飾材和重組裝飾單板製造,產品暢銷國內外。對厚度較大的實木染色,由於存在常規條件下難以均勻染透的問題,相關技術目前仍然處於探索階段。

其他改性技術

微波處理木材也是一種較為先進的木材改性方法。微波處理後的木材,其材性發生了改變,表現木材密度增大、乾燥速度加快、弦徑向乾縮率之比增大等。木材液化是將固態的木材轉化為新的高分子材料的一種改性方式,是近年來木材綜合利用技術新開闢的研究領域之一。液化後的木材可以製成各種高附加值的產品。隨著對木材基本物化性能研究的逐步深入,木材改性技術也有了進一步的拓展。如改性後的木質導電材料,賦予木材新的導電性和體積電阻率;木材陶瓷化,使其具有更好的硬度、耐磨性及遠紅外放射性和吸收性改性木的技術和標準問題難浸注和較厚木材的改性技術仍是難題。其次,木材改性技術也存在系統性較差、技術不夠完善等問題,影響了產業化的進程。再者,因木材變異性大,改性木產品的質量穩定性差,影響到產品質量評價指標體系的建立。