木材是植物性原料 ,具有明顯的生物特性 ,如組織不均勻、材性不一致 ,易受蟲、菌侵蝕 ;因水份蒸發(fā)引起干縮、變形、開裂、翹曲等。為避免和減少由于這些變化而引起的木材質(zhì)量的降低就應(yīng)科學(xué)合理地保護(hù)木材。
“木材改性”是通過對(duì)木材防腐、防蟲、滯火、尺寸穩(wěn)定等保護(hù)處理 ,提高木材應(yīng)用范圍 ,延長木材的使用壽命 ,減少森林資源的消耗。木材改性系采用物理、化學(xué)或兩者兼用的方法處理木材。世界各國木材科學(xué)工作者做了大量木材改性方面的研究工作 ,取得了一定的成果 ,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,木材的化學(xué)改性得到了迅猛的發(fā)展。
木材的化學(xué)改性系指采用某些化學(xué)藥劑 ,在有催化劑存在時(shí)與木材組分纖維素、半纖維素和木素中的活性基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)形成共鍵聯(lián)結(jié) ,改變了木材的化學(xué)結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成 ,改善或提高了木材的某些特性。
纖維素、半纖維素和木素分子上的游離羥基是化學(xué)反應(yīng)最活潑、吸濕性最強(qiáng)的基團(tuán) ,與所選擇的化學(xué)藥劑發(fā)生反應(yīng)形成醚鍵、酯鍵或縮醛聯(lián)結(jié) ,封閉了羥基 ,從而改變了木材的親水性。水是木腐菌必不可少的代謝物質(zhì) ,而通過某些化學(xué)改性可以使木材的吸濕性降低 ,有助于保持木材干燥后的含水率 ,斷絕微生物所需要的水分。用來改性的化學(xué)藥劑不一定要對(duì)微生物有毒性 ,但是由于它們與木材的作用 ,使木材再不能成為維持微生物生長的基質(zhì) ,因此采取這樣的方法處理的木材 ,一般來說 ,力學(xué)強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和耐候性均有不同程度的提高。處理后的木材應(yīng)保留未處理材所固有的優(yōu)點(diǎn) ,對(duì)膠合、油漆、釘著及加工性能無不利影響。
化學(xué)改性方法很多 ,關(guān)鍵在于根據(jù)防腐目的篩選適合的化學(xué)藥劑 ,所選擇的化學(xué)藥劑應(yīng)符合下述條件 :能與木材組份上的羥基發(fā)生化學(xué)結(jié)合 ;不腐蝕設(shè)備 ,對(duì)人畜無毒 ;反應(yīng)條件溫和 ,不使木材降解 ;具疏水性 ,結(jié)合穩(wěn)定 ;能夠膨脹木材結(jié)構(gòu) ,增加滲透性 ;不破壞原木材固有的優(yōu)良性能及藥劑價(jià)格低廉等。
化學(xué)改性木材的工藝過程和所需用的設(shè)備與目前各防腐廠所使用的基本相同 ,可充分利用現(xiàn)有的生產(chǎn)條件投入工業(yè)生產(chǎn)。近年來使用的化學(xué)改性木材的方法如下 :
１交聯(lián)處理
采用一些有機(jī)化合物注入木材 ,將具有線型結(jié)構(gòu)的纖維素分子鏈以新的化學(xué)鍵聯(lián)結(jié) ,使之形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的反應(yīng)稱為交聯(lián)作用。交聯(lián)反應(yīng)能使木材的物理及化學(xué)性質(zhì)有所改變。常用的交聯(lián)劑有 :①甲醛交聯(lián)劑 ,以甲醛處理木材 ,則在纖維素分子間形成亞甲基鍵交聯(lián) ,使纖維素分子的游離羥基被封閉 ,減少了吸濕性有助于保持干燥木材的含水率 ,當(dāng)木材含水率低于纖維飽和點(diǎn) ,尤其在２０ %以下時(shí) ,木腐菌的生長受到限制。此外 ,由于木材內(nèi)產(chǎn)生甲醛的聚合物 ,這種聚合物對(duì)木腐菌具有毒性。甲醛交聯(lián)劑既可使木材的體積穩(wěn)定性提高又可增加木材的防腐能力。②五氧烷類交聯(lián)劑。這類藥劑能使木材結(jié)構(gòu)膨脹 ,易于滲進(jìn)木材 ,在１２０℃溫度以下和弱堿性催化劑作用下 ,與木材分子的羥基反應(yīng) ,形成穩(wěn)固的共價(jià)鍵 ,提高木材的耐磨性能。常用的環(huán)氧烷類交聯(lián)劑有環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁烷等 ,常用的催化劑有三甲胺、三乙胺等。這類交聯(lián)劑與木材組分的羥基反應(yīng)以下式表示 :
③異氰酸脂交聯(lián)劑。常用的有異氰酸乙脂、異氰酸丁脂、異氰酸苯脂等。這類化合物對(duì)木材的膨脹作用較小 ,所以在處理時(shí)加用膨脹劑。二甲替甲酰胺率先打開木材結(jié)構(gòu) ,有助于藥劑滲入木材和發(fā)生反應(yīng)。
２乙�；颓枰一幚�
采用乙酐處理木材 ,可使木材組分上的羥基全部或部分被封閉 ,結(jié)果使木材的吸濕性降低 ,易處于干燥狀態(tài) ,并使木材的耐腐耐蛀和耐候性提高。處理時(shí)應(yīng)以吡啶為催化劑或不用催化劑而將乙酐以芳香烴或氯化烴稀釋。
氰乙化處理是以丙烯腈為反應(yīng)劑 ,在堿性條件下處理木材。處理后木材的防腐效果與藥劑在該木材中的留存量成正比。當(dāng)這些藥劑注入木材使木材量增重１７ %～２５ %時(shí)能達(dá)到良好的防腐效果。
異氰酸脂處理工藝 :
異氰酸化反應(yīng)。異氰酸化是用異氰醋酸與木材中的羥基反應(yīng) ,生成含氮的酯來達(dá)到木材尺寸穩(wěn)定化的目的。反應(yīng)方程式如下反應(yīng)所用的催化劑是發(fā)揮性的有機(jī)胺 ,如二甲基甲酰胺（ＤＭＦ）。所謂異氰酸酯是各種脂的總稱 ,有一異氰酸脂（Ｒ -Ｎ＝Ｃ＝Ｏ）和二異氰酸酯（Ｏ＝Ｃ＝Ｎ -Ｒ -Ｎ＝Ｃ＝Ｏ）。
３樹脂浸注處理
木材在水溶性低分子量樹脂的溶液中浸漬時(shí) ,樹脂擴(kuò)散進(jìn)入木材細(xì)胞壁并使木材增容（Ｂｕｌｋｉｎｇ） ,經(jīng)
干燥除去水分 ,樹脂由于加熱而固化 ,生成不溶于水的聚合物。目前已有許多不同類型的樹脂成功地在木材細(xì)胞壁內(nèi)聚合 ,如酚醛樹脂、脲醛樹脂、糖醇樹脂、間苯二酚樹脂等 ,其中使用最成功的是酚醛樹脂 ,它具有比脲醛樹脂的抗縮率和耐老化性能好 ,比糖醇樹脂在干燥過程中化學(xué)藥劑損失小的優(yōu)點(diǎn)。用于浸漬木的酚醛樹脂 ,目前基本為Ａ階段樹脂（即甲階酚醛樹脂） ,這種樹脂的固體含量為３３ %～７０ % , ｐＨ值為６．９～８．７。
據(jù)資料介紹 ,美國長葉松、花旗松木材采用苯酚樹脂脲醛樹脂浸注 ,然后經(jīng)過加
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