木材改性

木材改性来源

19世纪30年代初，德国生产过一种名叫木石的压缩木，是改性木之始。第二次世界大战期间，随着合成树脂的发展，以及木材浸注、热压工艺和设备的改进，先后出现了多种改性木，如浸渍木、胶压木等。20世纪60年代又出现了塑合木。迄今由于技术上或经济上的可行性不够，改性方法多停留在试验阶段，只有压缩木或压定木、浸渍木、胶压木、聚乙二醇处理的木材和塑合木等有不同规模的工业生产。

木材改性木材压缩

木材的强度通常与其密度成一定的函数关系，密度大，强度也大。同时木材的强度又受其含水率和温度的影响。含水率和温度增高时强度便降低，反之则增高。根据这些相关关系，经湿热处理的木材，在其垂直的纹理方向进行热压，可使木材的弹性变形转化为塑性变形，然后在木材被压缩状态下降低它的温度与含水率,使木材压缩后的体积与形状定型化(“变定”),材质即密实而成为压缩木。其密度可达1.2～1.4克/厘米3，各种强度也在不同程度上相应提高，韧性一般不会因热压过度而降低。压缩木的缺点是在潮湿的环境中会吸湿而回弹，失去压缩密实的特点，造成尺寸不稳定。回弹在很大程度上受压缩时温度的影响。如热压温度提高,则回弹率降低。回弹率不是压缩率的函数,而是压缩木中剩余应力的函数。为使压缩木有较好的尺寸稳定性，尽可能使木材的含水率接近使用时的平衡含水率,热压温度应尽可能提高到韧性损失的允许极限,保温、保压至少30分钟。木材在热压条件下塑化需要足够的水分。为防止在高温下水分从其端头逸散，最好在温度接近水的沸点时迅速施加压力,使水分封密在木材中,然后再升高温度到160～180℃。 卸压时把木材冷却到100℃以下。如此形成的回弹性低的压缩木材色发暗，说明压缩时产生的内应力的一部分已得到解除，称为压定木。在中国，压缩木广泛用于制造纺织工业用的木梭，以代替珍贵硬阔叶材。 　如将木材迅速地在 260℃和小于10兆帕的压力下短暂地加热碾压，可使木材表面约几个毫米厚度的部分塑化密实（密度为1.0克/厘米3）。这样处理的表面,其耐磨耗性可比未经处理的高20倍。

木材改性木材浸渍

浸渍木与胶压木 是改性木中较早的产品,木材-酚醛树脂的复合材料。浸渍木是木材用水溶性或醇溶性酚醛树脂浸渍后，经低温干燥，再加热使与树脂聚合而成。由于木材部分细胞的胞壁被树脂充胀，胞腔等空隙被填充，木材中的空隙率减少，尺寸稳定性提高。当树脂含量为木材体积的35%时，其抗缩率可达75%。为使木材易于被酚醛树脂浸透，往往采用薄单板浸渍，再用较低的压力将层积的单板热压胶合达到需要的厚度。浸渍木通常用于模具制造。与胶压木的耐腐性、耐酸性、强度、硬度和耐磨耗性等都显著提高，但韧性则因木材经受高温和存有树脂而明显降低，耐碱性也无提高。一般可作为电绝缘材料、民用餐具的刀柄等，胶压木还可做成机械零件。如用糠醇树脂替代酚醛树脂,浸渍时用1%的氯化锌、柠檬酸或甲酸作为催化剂，可使浸渍木具有耐碱性。其材色比酚醛浸渍的深，可用于制作液槽和压滤机的部件等。 　木材的聚乙二醇处理 目的只是为了减少木材因含水率的变化而产生的湿胀干缩率，保持木材的尺寸稳定性。方法简便有效，处理过的木材具有极好的尺寸稳定性，抗缩率可高达98%，但其他物理和力学性质基本上与未经处理的生材相同。分子量在 600～1000之间的聚乙二醇为液体状，可与水按任何比例混溶，是一种良好的充胀剂，水分蒸发后能残留在木材中起充胀作用。它不同于酚醛树脂，加热后不会固化为络合的大分子，在胞壁中仍保持着蜡状物质。经处理过的木材有潮湿的手感，但不影响胶合质量。有吸湿性，但由于木材胞壁已被充胀，不会有尺寸变化。如涂以聚氨基甲酸乙酯类的涂料可用于室外。这种改性方法可用于处理木质艺术品和木质文物以及乐器和枪托等，以防止木材发生干裂等弊病。

木材改性木材塑合

用具有一个或几个双键的乙稀基单体浸注木材，然后在一定条件下使之在木材中产生聚合反应形成树脂，填充木材空隙而形成，是一种木材 -聚合物的复合材料。乙烯基聚合反应优于缩聚反应之处在于它借自由基催化，既非酸性，又非碱性，不会残留需要排除的副产物如水等。由于多数乙烯基单体，如乙烯、丙烯、苯乙烯、丙烯腈等都是非极性的，不大可能和木材纤维素上的羟基起反应，乙烯基聚合物仅仅填满木材中的空隙，而起充胀木材结构的作用。乙烯基单体进入木材细胞壁结构的程度究竟如何，尚无定论。用苯乙烯、甲基丙烯酸、甲酯浸渍木材制成的塑合木，其尺寸稳定性提高的程度很小。丙烯腈则是良好的木材充胀剂，用以浸渍制成的塑合木有相当好的尺寸稳定性。如用能与乙烯基单体混溶的木材充胀剂如甲醇或乙醇、二恶烷、二甲替甲酰胺、二甘醇等，则所得塑合木的抗缩率可达74%。用乙烯基树脂处理的木材比用酚醛树脂处理的木材充填度高，韧性和耐磨耗性也好。

木材改性木材乙酰化

木材乙酰化是采用乙酰剂处理木材,以提高木材尺寸稳定性的技术。乙酰化木材具有密度均匀、表面平整、尺寸稳定性高、耐腐性强、热延展性低、不增加毒性、木材本身强度不降低等优点[7]。木材乙酰化处理一般分为液相法、气相法和综合法。传统的木材乙酰化处理药剂分为乙酰剂和催化剂,现在多直接使用乙酸酐进行生产。此外,还可以使用乙酰化和热处理联合作用,或者先乙酰化再交联处理。木材乙酰化技术研究一直是木材改性技术领域最为活跃的研究课题之一。20世纪20年代末就有了木粉和锯屑被乙酰化的报道,而实木乙酰化的研究始于40年代。随后,美国、日本等相继开始了木材乙酰化的技术研究及应用研究。目前乙酰化木材已经实现了商品化。由于乙酰化木材成本较高,主要用于制作高附加值产品。乙酰化实木的首推应用领域为室外平台(甲板),乙酰化纤维则可用于制造锥形挤压成型聚丙烯热塑复合材料。

木材改性木材热处理

木材热处理是指在保护气体环境或液体介质中,在160~250e温度范围内,对木材进行处理的一种环保型技术,可以改善木材的尺寸稳定性、耐久性和颜色[8]。热处理木材通常称为炭化木或物理木,可用于家具、镶木地板、门窗、预制墙体、桑拿房、厨房等诸多领域。按照所使用的加热介质不同,木材热处理工艺主要有3种:气相介质加热法、水热法和油热法。目前国外木材热处理技术的商业应用主要集中在荷兰、法国、德国和芬兰等国,这些国家已经开发了5种典型的木材热处理工艺:荷兰的Plato工艺,法国的Retification和LesBois工艺,德国的热油处理工艺和芬兰的Thermo Wood工艺。我国的木材热处理工业目前尚存在很多问题:如没有形成完善的热处理工艺;相关配套技术亦不成熟;缺乏专门的热处理设备,大部分使用的是传统窑式干燥方式;产品存在质量缺陷,如树节脱落、表裂和内裂、色差大等[8]。

木材改性木材漂白和染色

木材漂白是指用化学方法,使木材色泽变浅或褪色的技术;木材染色是采用物理或化学方法,改变木材颜色及防止木材变色的技术,二者均是提高普通或低木材的装饰性和附加值的有效方法[11-12]。特别是人工林木材,通过漂白、染色、模拟木纹等技术加工,可以消除心边材、早晚材和涡旋纹之间的色差,或模拟珍贵树种木材的装饰效果。近十几年来,木质材料的漂白、染色技术备受重视,工艺研究不断推进。有机染料在木材加工领域的使用,起源于1913年苯胺紫被用于立木染色。60年代以来,日本在木材漂白和染色领域做了大量的研究工作;德国、意大利等也开发出了工业化木材染色专利技术,其产品在我国已有销售。80年代末,我国开始对木材漂白和染色技术进行探索,主要应用于薄木染色,和以科技木为代表的重组装饰材和重组装饰单板制造,产品畅销国内外。对厚度较大的实木染色,由于存在常规条件下难以均匀染透的问题,相关技术目前仍然处于探索阶段。

木材改性其他改性技术

微波处理木材也是一种较为先进的木材改性方法。微波处理后的木材,其材性发生了改变,表现木材密度增大、干燥速度加快、弦径向干缩率之比增大等。木材液化是将固态的木材转化为新的高分子材料的一种改性方式,是近年来木材综合利用技术新开辟的研究领域之一。液化后的木材可以制成各种高附加值的产品。随着对木材基本物化性能研究的逐步深入,木材改性技术也有了进一步的拓展。如改性后的木质导电材料,赋予木材新的导电性和体积电阻率;木材陶瓷化,使其具有更好的硬度、耐磨性及远红外放射性和吸收性改性木的技术和标准问题难浸注和较厚木材的改性技术仍是难题。其次,木材改性技术也存在系统性较差、技术不够完善等问题,影响了产业化的进程。再者,因木材变异性大,改性木产品的质量稳定性差,影响到产品质量评价指标体系的建立。

木材改性技术包括:木材乙酰化、木材热处理、木材压缩和弯曲、木材漂白和染色

以及其他改性技术。

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