木材的改性

8.5.1.1
浸渍木
• 浸渍木的性质：
浸渍木的性质与所采用的树脂种类和树脂用量密切 相关。 浸渍木与素材相比，大多数都顺纹抗压强度、硬度、 耐磨性、抗缩率等多数力学性质有不同程度的提高， 但顺纹抗拉强度、顺纹剪切强度略有降低，冲击韧性 明显降低 另外，由于树脂固化后不亲水，浸渍木的尺寸稳定 性较素木提高，耐热性和阻燃性也有不同程度的提高
2. 醇溶性、分子量较大的酚醛树脂，只能进去木材尺寸较
大的空隙，所以制品的稳定性较差，但抗冲击性好
8.5.1.2
胶压木
• 胶压木的性质：
胶压木因被压缩，部分可逆变形（黏弹变形）在潮湿或浸
水中恢复，所以厚度方向的尺寸稳定性较浸渍木差，但纵
向的尺寸稳定性与浸渍木相当；其力学性质大多高于素材，
可抗木腐菌、白蚁、海生物侵蚀；表面有天然光泽，易于
8.5.4 .3 水载防腐剂
2. 基于其他金属的水载防腐剂：
除铬、砷外，其中可以用与木材防腐的金属还包括：铜、锌、铁、 铝等。目前工业应用主要的应用的几种铜系水载防腐剂，包括：ACQ （季铵铜）、CA（铜唑）。很多木材防腐剂的配方中都含有铜，因 为铜对腐朽菌有很高的毒性但对人畜的毒性较低，且价格便宜
8.5.1.5
塑化木
• 塑化木制品：
塑化木是通过浸渍的方法，将乙烯基单体浸注到木材中， 通过引发剂引发、热引发或辐射引发，是乙烯基单体固化， 填充木材的孔隙或接枝到木材分子上，得到制品 塑化木是一种同时具备木材和塑料属性的复合材料
• 塑化木的性质：
改善了木材的尺寸稳定性和木材的一部分力学性能。
8.5.1.5
8.5.3.1 水热处理法
•
1.
水热处理法分为：
蒸煮法：
热水浸渍或用高温水蒸气处理使木材软化，适用各种软硬木 材
2.
微波法：
采用高频波或微波加热软化木材，其特点是使木材弯曲所用 时间短
8.5.3.2 化学处理法
• 化学处理法分为： 1. 碱处理：
木材能干燥定性，但若再次浸入水中，弯曲木材会回弹
2. 氨处理：
树脂浸渍木、胶压木、压缩木、塑合木等
8.5.1.1
浸渍木
• 浸渍木制品：
木材在低分子质量树脂或单体溶液中浸渍，借助于压力（正压或负压） 或常压，树脂或单体扩散进去木材细胞壁使木材增容，通过干燥除去 水分或溶剂，同时树脂固化而生成不同于水的聚合物，经过以上处理 的木材称之为浸渍木
• 浸渍木制品的一般过程：
8.5.2.1 物理法实现木材尺寸稳定
2. 酚醛树脂处理：
将低分质量酚醛树脂注入实体木材，加热使其缩聚、固化，生成不 溶于水的体型聚合物，能使木材的尺寸稳定性明显提高
•
作用机制：
低分子量酚醛树脂富含羟基，可与木材细胞壁上羟基发生氢键化 或化反，同时固化后不溶于水的树脂增溶，堵塞水分子迁移通道
3. 聚乙二醇处理：
联系方式： mashanshan0905@126.com
马姗姗
木材的改性
为何要改性？
木材的改性
• 木材作为一种天然材料， 在加工合成各类所需品时， 存在着很多不足，如：强 度低、易燃、易变色、干 缩湿涨等 • 为克服以上不足，需要
对木材进行改性
木材的改性
何为改性？
木材的改性
• 木材的改性：
在保持木材自然优点的前提下，通过一系列的物理、 化学或者二者兼有的处理，其目的是提高木材的天然 耐腐(蛀)性、耐酸性、耐碱性、阻燃性、力学强度和 尺寸稳定性 ，同时赋予木材某些特殊功能的过程
机制也有所不同
4. 甲醛处理：
甲醛实现木材尺寸稳定的机制：在催化剂作用下，甲醛先同木材非 晶区中的一个木材分子上的羟基发生半缩醛化，再与另一个木材分
子上的羟基发生缩醛化反应，最终两个木材分子形成一个亚甲基醚
架桥，同时封闭了亲水性羟基，实现稳定性的改善
木材的改性
• 木材的改性内容：
1. 木材的强化
2. 木材尺寸稳定化
3. 木材软化处理
4. 木材防腐
5. 阻燃 6. 颜色处理
8.5.3 木材软化
• 木材软化：
由于木材缺乏塑性，为了便于加工，需对其软化。软化主要 是木材吸着水、氨、酚、胺等极性气体或液体后产生膨胀， 使分子间结合力减弱，在外力作用下，使变形得以实现
•
1. 2.
木材软化处理方法：
水热处理法 化学处理法
胶压木制品同浸渍木一样被树脂浸渍，区别是增加了压缩处理 因此胶压木是一种高密度、高强度的材料
8.5.1.2
•
胶压木
胶压木的热固性树脂——酚醛树脂：
根据所需胶压木的用途和性能要求，选用浸渍的酚醛树
脂，生产胶压木的酚醛树脂有两种：
1. 水溶性、低分子量的酚醛树脂，能够浸透木材，制品尺
寸稳定性好，但抗冲击性较低
氨是纤维素极为有效的膨胀剂，对木质素和半纤维素也能够 发生软化，但氨刺激性大有毒，软化操作需要在封闭系统中 进行
木材的改性
• 木材的改性内容：
1. 木材的强化 2. 木材尺寸稳定化 3. 木材软化处理 4. 木材防腐 5. 阻燃 6. 颜色处理
8.5.4 木材的防腐处理
•
1. 2.
木材防腐的发展：
塑化木
• 塑化木的应用：
塑化木木刀
塑化可降解竹木饭盒
木材的改性
• 木材的改性内容：
1. 木材的强化
2. 木材尺寸稳定化
3. 木材软化处理
4. 木材防腐
5. 阻燃 6. 颜色处理
8.5.2. 尺寸稳定
• 概念：
采用物理、化学或二者兼有的方法处理木材，使其降低干缩 湿胀
•
1. 2. 3. 4.
木材尺寸稳定化的机制：
3.
无机硼类：
硼类木材防腐通常用于处理锯材、胶合板、门窗、家具等 优点：低毒性和广谱抗毒性 缺点：硼类防腐剂是水溶性的，抗流失性很差，不可用于处理室 外用材
木材的改性
• 木材的改性内容：
1. 木材的强化
2. 木材尺寸稳定化
3. 木材软化处理 4. 木材防腐 5. 阻燃 6. 颜色处理
8.5.5 木材的阻燃
②热处理时，细胞壁非结晶区的纤维素分子链间距缩小，游离
羟基相互作用增加，从而改善木材的尺寸稳定性
2.
乙酰化处理：
主要应用乙酰基中疏水性乙酰基置换木材中的亲水性羟基
8.5.2.2 化学法实现木材尺寸稳定
3. 异氰酸酯处理：
对木材强度提高显著，常用的异氰酸酯有甲基异氰酸酯、乙基异氰
酸酯、丁基异氰酸酯、苯基异氰酸酯等，使用的种类不同，其作用
• 木材是天然的高分子有机化合物，其主要化学组成是纤维素、半纤 维素和木质素三种有机高分子。三者都是固体可燃物质，易燃
•
1.
木材的燃烧可分为四个阶段：
干燥阶段（升温）：木材在外部热源的作用下，温度逐渐升高，当 达到分解温度时产生可燃性气体，在木材表面形成一层可燃气体层， 此阶段气体是难燃性的； 预炭化阶段（热分解）：当温度达到110℃以上，木材热分解加快， 化学成分开始变化； 炭化阶段：当温度达到260℃时以上，木材剧烈分解，放出大量热， 此时木材已经炭化； 燃烧阶段：当温度达到350至425℃时，热分解结束，木炭开始燃烧。 木材起火的危险温度是热分解液体的实际温度，一般为210至260℃
•
1. 2. 3.
木材防腐剂主要包括：
油类防腐剂 油载防腐剂 水载防腐剂 目前，水载防腐剂的应用最广泛
8.5.4 .1油类防腐剂
• 油类防腐剂通常指煤焦油及其分馏物，如煤焦杂酚油、蒽油等， 从煤焦油中高温提炼出的这些分馏物可统称为煤杂酚油 • 缺点：对人畜的毒性大，对环境造成影响，处理后制品的表面 有渗出现象 • 应用范围：由于煤杂酚油的局限性，只能用于处理工业木材， 如枕木和电线杆等 • 应用前景：虽然煤杂酚油的使用面临着许多来自环保的压力， 但由于其可在土壤中迅速降解，且废弃的处理材是一种很好的 燃料，其应用仍无法取代，目前需要解决的是渗出问题，得到 一个干净的处理材表面
采用化学法封闭木材中的亲水基团 通过增容堵塞木材的水分子迁移通道 引入更强的亲水基团，争夺木材羟基上的水分 表面阻水处理
•
1. 2.
尺寸稳定化的方法：
物理法 化学法
8.5.2.1 物理法实现木材尺寸稳定
1. 表面的防水防湿处理：
在木材表面涂饰憎水的石蜡、干性油或涂刷防 湿的涂料或胶贴防湿的饰面材料，防止水经表 面进入木材内部 • • 优点：处理方法简便，易于实现 缺点：效果不持久（除石蜡外）
8.5.1.1
浸渍木
浸渍木的应用：
8.5.1.2
胶压木
• 胶压木制品：
将酚醛树脂的初期缩聚物扩散到单板的木材细胞中，对木材起到增 塑的效应，在不使树脂固化的温度下使单板干燥并层积，再于高温 （120～150℃）、高压（6.9～19.6MPa）下使树脂固化，制得的产品 成为胶压木，也成硬化层积材
• 胶压木制品的一般过程：
18世纪，人们将AgCl和CuSO4用作木材防腐剂 19世纪30年代，Moll发明了将煤杂酚油作木材防腐剂的专利，贝塞 尔发明了用满细胞法对木材进行防腐处理，这两项专利的应用在很 大程度上促进了木材防腐的工业化发展 19世纪70年代木材防腐处理开始用于铁路枕木和电线杆，后来开始 扩张到露台、篱笆等
3.
切削或旋平；胶压木—胶压木、胶压木—木材之间可进行 胶接
8.5.1.2
胶压木
• 胶压木的应用：
8.5.1.3
压缩木
• 压缩木制品：
在热、湿和压力作用下，将实体木材塑化压缩密实的一种方
法，可以增加密度，提高处理材的力学强度
• 压缩木制品的性质：
压缩木不仅解剖结构发生了很大的变化，其物理性质、力学性质也完 全不同于素材。力学强度比素材要大很多，其增加值和压缩比成正比， 任性明显增强，但抗腐朽能力不增加，由于密实化，可减缓微生物侵 害速度。压缩木的缺点，尺寸不稳定，潮湿环境会吸水回弹，逐渐恢 复部分尺寸，因此要选用合适的环境使用
木材的改性
• 木材的改性内容：
1. 木材的强化
2. 木材尺寸稳定化
3. 木材软化处理 4. 木材防腐 5. 阻燃 6. 颜色处理
8.5.1
木材的强化
• 概念：
用物理或化学或两者兼用的方法处理木材，处理 药剂沉积填充于细胞壁内，或使木材组分发生交 联，从而使木材密度增加、强度提高的过程。
• 应用制品：
采用聚乙二醇浸渍或涂刷的木材能有效的减缓木材的干缩湿涨程度，
由此可有效防止木材的开裂、翘曲、变形等，因而广泛用于古木的
保存
8.5.2.2 化学法实现木材尺寸稳定
• 化学法：
将木材中的某些组分或者基团反应消耗或转化为另一种物质或 基团，以实现木材的尺寸稳定化，物理法稳定化的同时常伴随 化学反应
•
1. 2. 3. 4.
CCA优点：价格便宜，处理后防腐性能、力学性能和表面涂饰性能 良好，抗流失性强
CCA缺点：CCA中含有砷、铬有可能危害人身体健康和环境质量， 且CCA处理材的废材处理缺乏妥善的途径，很多国家已禁用 • 除CCA外，其他含有砷或铬的防腐剂还有ACC(酸性铬酸铜)、ACA （氨溶砷酸铜）、ACZA（加铬硼酸铜）等，但同样有CCA的缺点
8.5.1.3
压缩木
• 压缩木的应用：
压缩木壁炉燃料
压缩木免熏蒸托盘
8.5.1.4
强化木
• 强化木制品：
采用低熔点合金以熔融状态注入木材细胞壁中，冷却硬化后和木材 共同构成的材料成为强化木
• 强化木制品的一般过程：
• 制备要求：
强化木制备所使用的合金的熔点不能太高
• 一般过程：
将拟处理的试材抽真空，然后注入熔融的合金浸没试材，恢复常 压，再加压，使熔融合金进去注入木材孔隙内，最后恢复常压， 冷却
8.5.4 .2油载防腐剂
• 油载防腐剂主要包括：
五氯酚、环烷酸铜等，主要用于电线杆和桩材的处理
• 优点：对腐朽菌和大部分虫类有效
• 缺点：对海底钻孔的虫类无效，对人畜的毒性较大，
对环境影来自百度文库大，目前很多国家已经禁用
8.5.4 .3 水载防腐剂
• 1. 几类水载防腐剂： 含砷和铬的水载防腐剂：
铬砷酸铜CCA是近年来应用最广泛的水载防腐剂，其有效成分为铜、 铬、砷的氧化物或盐类。其中，铜可以抵制腐朽菌的侵入，砷具有 抗虫蚁及抵制一些有耐铜性的腐朽菌的侵入，铬可以增强处理材的 耐光性和疏水性
8.5.1.4
强化木
• 强化木性质：
由于密度较大的金属注入到木材中，强化木的密度、硬 度明显增加，当用明火加热强化木时，金属熔化膨胀，加 之空气的膨胀，使金属溢出木材并包裹木材，使之不能燃 烧，只会炭化。导电性、导热性好
• 强化木的应用：
由于强化木性能较独特、价格昂给，主要用于一些特殊 场合，如有辐射的空间、抗静电、导电及电磁屏蔽材料等
化学方法：
热处理 乙酰化处理 异氰酸酯处理 甲醛处理
8.5.2.2 化学法实现木材尺寸稳定
1. 热处理：
通过对木材的高温热处理能使处理木材的尺寸稳定性得到改善， 其改善机制主要有：①木材中含大量半纤维素，通过热处理， 半纤维中的某些多糖容易裂解为糖醛及某些糖类裂解物，这些 物质发生聚合生成不溶于水的物质，从而降低木材的吸湿性；