第一章 木材改性

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WPC处理、酚醛树 脂处理





聚乙二醇（PEG）处理为A-2，5；B-8 乙酰化处理为A-5，B-6 甲醛处理为A-4，B-2，3 马来酸处理为A-4，B-4，7 马来酸-甘油（MG）处理为A-5；B-5，7 热处理为A-4；B-2 WPC处理为A-5，6；B-6，9 酚醛树脂处理为A-5，B-4，6，9 异氰酸酯处理为A-5；B-4 无机物复合处理（如：阻燃浸渍处理）为A-5；B8 环氧乙烷加成处理为A-4；B-7


二、防湿处理 防湿处理最常用的方法是在木材表面涂饰涂料或 胶贴贴面材料。此上还有将憎水材料溶解于挥发 性溶剂中制成流动性好，粘度低的溶液注入木材 内部，待溶剂挥发后拒水材料留存于木材内表面 上，这种方法称之为内表面覆盖。 这两种方法具有方法简便，费用低廉的优点，但 这种表浅的物理处理，其防湿和拒木功能不高， 保持时间不长。

（1）乙酰剂 ①、醋酸酐。为无色液体，有强醋酸味，熔点-73℃， 沸点139 ℃，与木材发生化学反应，生成的疏水 性酯基转换了亲水性的羟基，反应生成的醋酸存 在于木材中会使木质受损，并会腐蚀金属，且乙 酰基利用率仅为50%，如用吡啶催化，则吡啶的分 享和回收十分困难。 ②、硫化醋酸 ③、乙酰氯。为空气中发烟的无色溶体，具窒息性 刺鼻气味，熔点-112 ℃，沸点51-52 ℃。



模型解析 A、尺寸稳定化处理细胞横断面
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1
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2
聚乙二醇（PEG）
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3
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化学法
1.减少亲水基团;加热处理； 2.置换亲水基团;醚化（氯乙基化等），酯化（乙酰化等） ； 3.聚合物的接枝：a 加成反应;环氧树脂处理，b．自由基反 应;用乙烯基单体制造木塑复合材； 4.交联反应;y射线照射，甲醛处理
§1-3 物理方法的尺寸稳定处理
一、防水处理 所谓防水处理包括两个方面： 1、抗湿润，抗浸透性能的耐水处理； 2、仅抵抗湿润性能的憎水处理 憎水处理的要点是： 1、混合型憎水剂的处理效果优于单一型 2、憎水处理剂中含石蜡浓度愈大，其防水性愈好 3、憎水处理材用于室外时，其含水率受环境变化的 影响不大，因而尺寸稳定性好。
抗胀（缩）率（ASE）按下式计算： ASE=（S0-S1）/S0×100% 式中：ASE ——处理材的抗胀（缩）率，% S1——处理材的体积膨胀（收缩）率，% S0 ——未处理材的体积膨胀（收缩）率，%
阻湿率（MEE）按下式计算： MEE=（X0-X1）/X0×100% 式中：MEE ——处理材的阻湿率，% X1——处理材的阻湿率，% X0 ——未处理材的阻湿率，%


甲阶酚醛树脂 一种可熔、易溶的线型结构酚类树脂，分子量较低，含 有一定量的活性羟甲基，进一步反应树脂变得不熔。PF 树脂胶粘剂均为此阶段的树脂。
乙阶酚醛树脂 是指甲阶酚醛树脂经加热或长期贮存，树脂分子量较高 （1000左右），聚合度6-7，可部分溶于丙酮、乙醇等溶剂， 具溶胀性，加热可软化，冷却后变脆。
（2）催化剂 吡啶、二甲替甲酰胺、高氯酸镁 （三）处理方法 处理主法分为液相法、气相法和综合法 1、液相法 （1）用吡啶作催化剂 将木材浸入醋酸酐和吡啶的混合液中，置于 密闭的处理罐中，加热到90-100℃，保持数小时， 随后排出未反应的处理液，处理材进行干燥处理。 （2）不用催化剂 用二甲苯或氯化烃等溶液作稀释剂，将醋酸 稀释成浓为25%的处理液，在温度100-130℃时， 能使木材很好的乙酰化，因芳香烃没有膨胀木材， 木材吸收处理液量减少，而且回收二甲苯的过程 比回收催化剂要简单，这种方法用于处理尺寸较 大的木材。
丙阶酚醛树脂 是乙阶酚醛树脂继续反应缩聚而得到的最终产物，不溶、 不熔的体型结构，机械强度、耐水性、耐久性均很好。


四、聚乙二醇（PEG）处理 用PEG浸渍或涂刷木材，有效地改善了木材的干 缩湿胀，防止了由此而引起的开裂、翘曲、变形。 PEG广泛的应用于古木保存。 1、PEG的性质 PEG是无色、无嗅、透明的水溶性物质，当分子 量较大时，常温下呈固态，分子量较小时呈液态， 对金属无腐蚀，对人、畜无害，火灾危险性小。



三、酚醛树脂处理
将低分子量酚醛树脂注入木材，加热使其缩聚、 固化，生成了不溶性树脂，处理材尺寸稳定，其 它性能亦有所改善。 酚醛树脂 是酚类与醛类在催化剂作用下反应而 得到的合成树脂的统称。而木材工业中所用的酚 醛树脂常指由苯酚和甲醛缩合反应生成的树脂。 分热固性和热塑性两种（摩尔比、pH）。 线型酚醛树脂 一种甲醛与苯酚摩尔比小于1∶1的 酚醛树脂。通常情况下它保持热塑性，当加热并 与适量甲醛（聚甲醛或六次甲基四胺）反应时形 成不溶物。酚塑模材料、电木粉。




2、木材的PEG处理 PEG适于处理生材和湿材，处理条件为PEG的平 均分子量1000-1500。处理浓度为25-30%，处理温 度为常温——80℃，处理温度和时间视处理材厚 度，树种和浸渍量而定。 3、PEG处理材材性 （1）尺寸稳定性 （2）力学性质 （3）干燥性 （4）胶合性 （5）耐腐性，耐燃性

3、胶合性 当单板在高温干燥机中干燥，由于加热处理， 材面变为疏水性，尤其是天然树脂含量较高的木 材单板，这种现象更为明显。 （三）加热处理的应用 除实体木材外，加热处理对人造板的尺寸稳 定性亦有利。在湿法和干法硬质纤维板的生产工 艺中采用加热处理或热湿处理能够提高板材的尺 寸稳定性。
二、乙酰化 (一）概述 木材乙酰化是采用乙酰剂中疏水性乙酰基置 换木材中亲水性羟基，由于乙酰基的导入，产生 酯的增容效应。使处理材尺寸稳定的因素是羟基 减少和乙酰基增容，相比之下增容效应是决定性 的。 （二）乙酰化处理 1、乙酰化反应 反应可在液相或气相中进行，若加入催化剂， 反应能加速进行。为了使处理均一，应增加膨胀 予处理工序。 2 、处理药剂 可分为乙酰剂和催化剂两大类，前者有醋酸 酐，硫化醋酸和乙酰氯等；后者有吡啶，无水高 氯酸镁等。
§1-4 化学方法的尺寸稳定处理

所谓化学方法是指木材中的成分能发生化学反应 的方法，因此本节所述的方法都限于通过处理木 材中的某种成分消耗，生成另一种生成物，来实 现木材尺寸稳定。由于木材中化学反应的发生与 否并不是十分明确，故前述的物理方法在某种程 度上也伴随有化学反应。
一、加热处理 1、含水率=平均含水率 2、吸湿滞后现象 加热赋予纤维素类材料尺寸稳定性，其机理 有数种解释，但多数学者的共同看法则是半纤维 素，尤其是多糖醛酸发生了化学变化，生成吸湿 性差的聚合物，同时加热使吸着水除去，细胞壁 纤维素非结晶区的分子链之间距离缩短，形成新 的氢键结合。
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马来酸、异氰酸 酯、酚醛树脂处 理
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马来酸-甘油（MG） 乙酰化处理、WPC处理、酚 醛树脂处理
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● 8
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马来酸、马来酸- 聚乙二醇（PEG）、无机物 甘油（MG）、环 复合处理 氧乙烷加成处理
4
5
甲醛、马来酸、热处 理、环氧乙烷加成处 理
聚乙二醇（PEG）、乙酰化 处理、马来酸-甘油（MG）、 WPC处理、酚醛树脂处理、 异氰酸酯、无机物复合处理
6
WPC处理

B、细胞壁非结晶区的纤维素分子链模型 e a c _ o o_ d _ ●_ ●_ _●～ ●_ d b
a
1
e
2
甲醛、热处理
3
甲醛

二、处理机理 为了改善木材的尺寸稳定性，降低其吸附点—羟 基，或使之失去吸附能力，或部分地使分子交联 固定。
§1-2尺寸稳定化的分类和评定指标




一、尺寸稳定化的分类 根据化学药剂是否与木材细胞壁组分发生化学反应的观点， 将尺寸稳定处理为物理法和化学法两大类。但就处理的实 质而言，物理法中常包含化学因素，而化学法亦不乏物理 作用，很难截然分开。 二、尺寸稳定化的评定指标 尺寸稳定和与此有关的评定指标较多，这里介绍的是 最常用的。 （1）抗胀缩率（ASE） 在试件处理前，按GB1931-91《木材含水率测定方法》第 4-5条规定，将其烘至绝干，称重，精确至0.0001g。每个试 件称重后，立即测出弦向、径向和顺纹方向尺寸，精确至 0.001mm，然后将测量后的试件放置于温度20±2℃，相对
增重率（WPG）按下式计算： WPG=（W1-W0）/W0×100% 式中：WPG ——试件的增重率，% W1——处理后试件的绝干重，g W0 ——处理前试件的绝干重，g
增容率（BE）按下式计算： BE=（V1-V0）/V0×100% 式中：BE ——试件的增容率，% V1——处理后试件的绝干体积，mm3 V0 ——处理前试件的绝干体积，mm3
2、气相法 气相法适于处理单板及厚度较小的材料。乙 酰化速度取决于木材样品的大小、渗透性、混合 蒸汽的成分和温度等。具体方法以下三种： （1）吡啶前处理 （2）用尿素和硫酸铵的混合液前处理，干燥。 3、综合法 (1)在频率21-25MHZ的高频电场下，进行液相乙酰化， 可大大缩短处理时间。 （2）乙酰化与热处理联合作用，无论是乙酰化后热 处理，还是热处理后乙酰化，处理材的耐水性和 尺寸稳定性均有提高。 （3）乙酰化后再作交联处理。
湿度65%的密闭容器中进行吸湿处理，吸湿15昼夜后再测 量重量和各向尺寸，可得素材的吸湿率和湿胀率。在此之 后，将试件进行改性之后，处理后的试件再按上述方法进 行烘干、称重、测量各向尺寸，吸湿，再称重，测定尺寸， 得处理材的吸湿率和湿胀率，之后即可求出改性材的抗胀 （缩）率和阻湿率。 吸湿率按下式计算： X=（M1-M0）/M0×100% 式中：X ——试件的吸湿率，% M1——试件吸湿后的质量，g M0 ——试件的绝干质量，g 体积膨胀（收缩）率按下式计算： S=（V1-V0）/V0×100% 式中：S ——试件从绝干到吸湿时的体积膨胀率，% V1——试件吸湿后的体积，mm3 M0 ——试件绝干时的体积，mm3
方法
具体方法
物理法
1.在锯解时尽量做到尺寸变化小； 2.．根据使用条件进行润湿处理 3.纤维方向交叉层压综合平衡：a．垂直相交��胶合 板、定向刨花板，b .不定向组合;刨花板、纤维板； 4.覆面处理：a 外表面覆面;涂饰、贴面，b、内表面覆面;浸 注性担水剂处理、木塑复合材； 5.填充细胞腔：a．非聚合性药品;一聚乙二醇处理，b．聚 合性药品;制造木塑复合材； 6.细胞壁的增容：a 非聚合性药品;聚乙二醇、各种盐及糖 处理，b 聚合性药品;酚醛树脂处理


4、PEG处理的应用及PEG水溶液的脱色 1）、PEG处理的应用 PEG处理除了成功地应用于古木保存外，还可用 来防止室外胶合板的表面开裂，提高漂白材的耐 光性以及防止木材光变色 2）、PEG水溶液的脱色 生产实践中由生材浸于PEG水溶液中的时间较长， 同时PEG水溶液在使用过程中需经过多次调整浓 度，生材中的水溶性抽出物溶入PEG水溶液而使 其着色。
§1-1木材尺寸稳定性机理

一、处理原则
木材尺寸稳定化处理的原则是在保持木材原有优 良性质的前提下，改变其吸湿和干缩湿胀性能， 木材的干缩湿胀是由于木材含水率的变化而引起 的。它发生在纤维饱和点以下。 木材尺寸稳定化处理有两种处理方式： 1、处理仅限于细胞壁内纤维素的非结晶区部分； 2、细胞未经处理，仅仅是细胞腔内充填，沉积某 些化学药剂。



（一）加热处理的尺寸稳定性 伯梅斯 特等发生，柚木尺寸稳定性高的主要 原因 是加热后易水解的半纤维素含量减少，其他 树种的木材经加热处理其半含量减少，吸湿性和 膨胀性比柚木更小。 （二）加热处理材的材性 加热处理的后果重量 减少和材面变暗，与此 同时处理材吸湿性降低，尺寸稳定性提高。 1、力学性质 虽然加热处理提高了木材的尺寸稳定性，但 力学性质下降。加热处理后，阔叶材强度的下降 幅度大于针叶材 2、耐腐性 白云杉材在180℃的热板之间的加热处理，当 ASE达到40%时，处理材不发生腐朽，这是由于处 理材的吸湿性降低，不具有菌类生活所必需的水 份。