1、 得分：_南 京 林 业 大 学研究生课程论文20122013 学年 第一学期二零一二年十二月速生材浸渍改性研究现状课 程 号： PD04010课程名称： 木材保护与改性论文题目： 速生材浸渍改性研究现状学科专业： 林业工程学 号： 8123151姓 名： 刘秀娟任课教师： 骆嘉言 张耀丽速生材浸渍改性研究现状- 1 -刘秀娟 （南京林业大学木材工业学院，江苏 南京 210037）摘要：随着木材资源的短缺，木材加工用材主要转向人工林。但是，由于人工林木材生长速度快、轮伐期短，致使其密度较低，材质较差，应用范围受到极大的限制。因而国内外学者致力于木材的改性研究，来提高木质材料的力学性质、尺寸稳定
2、性、抗生物劣化性以及固定木材压缩变形等方面的性能。本文简要介绍了我国人工林现状及主要速生材种的材性特点，主要综述了目前国内外在速生材浸渍改性方面所做的研究工作。关键字：速生材；木材改性；浸渍改性；国内外现状；The research status of impregnation modified fast-growing woodLiuxiujuan(Nanjing forestry university, Nanjing, 210037, china)Abstract:with the shortage of wood resources, wood processing timber is
3、 changing to plantation. However, the plantation wood grow speedly, cutting period short. Its density is low, the material is bad, application range is greatly limited. So domestic and overseas scholars aim to modification of wood, to improve the mechanical properties of wood material, dimension sta
4、bility, resistance to biological degradation sex and fixed wood compression deformation of performance. This paper briefly introduces the present growing situation in china and thematerial characteristic of the main plantation, and reviews the research on wood impregnated modification of domestic an
5、d overseas scholars.Keyword: fast-growing wood; wood modification; wood impregnated modification; situation at home and abroad;木材是可再生的传统材料，具有质量轻、强重比高、弹性好、耐冲击、纹理色调丰富美观和易于加工等优点。但人工林速生材具有材质疏松、密度小、尺寸稳定性差、不耐腐等缺点，导致其产品性能差，附加值低。因此，高效利用低质速生木材，达到劣材优用的目的，成为许多木材研究工作者研究的重点之一。通过对木材进行化学功能改良，改善木材的尺寸稳定性和耐久性，延长木材的使用
6、年限，提高其产品附加值，是实现木材高效节约利用的重要手段 1。1. 速生材材性特点我国是一个少林国家，第六次全国森林资源清查结果显示：全国的森林覆盖率为18.21%，仅相当于世界森林覆盖率（ 27%）的 61%；人均森林面积 0.132hm2，不到世界平均水平的 1/4，居世界第 134 位。人均森林蓄积 9.421m3，不到世界平均水平的 1/6，居世界第 122 位 2。随着国家经济建设的发展及人们生活水平的提高，人们对木材的需求量越速生材浸渍改性研究现状- 2 -来越大，而天然林保护工程的实施，使得木材供求矛盾更加突出。为缓解需求矛盾，我国已营造了大面积的工业人工林。人工林中以幼、中龄林
7、为主，其合计面积占 77.40%，蓄积占 64.16%。按树种统计，前三位是杉木、马尾松和杨树，面积依次为 921.5 万 hm2、 583.27 万 hm2、413.63 万 hm2，合计 1918.4 万 hm2 占人工林面积的 59.41%；蓄积合计为 9.68 亿 m3，占人工林蓄积的 64.34%。人工林资源主要分布在南方集体林省（区） 3。世界三大速生树种有松树、杨树、桉树。桉树起源于澳大利亚，于 1770 年被发现并定名，20 世纪 50 年代初期以来，我国开始有计划大面积种植桉树人工林，并得到了迅速发展。其中，具有实木用材潜力的粗皮桉、赤桉等，木材坚硬、耐久，基本密度高达 0.
8、9g/cm3 左右，且心材颜色呈红棕色及红色，在某些情况下，这些桉树可以替代珍贵木材。但由于桉树具有易变形、开裂、尺寸稳定性差等缺点，应用范围受到限制，严重影响木材的经济价值。速生杨树木材存在结构疏松、密度小、强度低、抗腐性能差、干燥时易变形和皱缩、机械加工易起毛等缺点，使它的使用受到较大限制，目前除了用于制浆造纸、火柴用材、胶合板（主要作芯板）等人造板用材和单板层积材（成本较高） ，其它方面的用途尚待做大量的研究开发 4。杉木是我国南方主要用材树种，70 年代以来广东省粤北地区投入大量资金营造杉木速生丰产林，现在已进入开发利用期。但由于杉木强度低，硬度低，耐磨性差等，目前还不能作为家具、地板
9、材等使用。因此，改善杉木木材表层特性（硬度和耐磨性） ，是扩大杉木利用范围亟待解决的问题5。2. 速生材的改性2.1 木材改性方法木材化学功能改良是通过对木材进行物理和/或化学处理，由此导致木材细胞壁分子结构的永久改变或细胞腔结构的大量封闭，因而增强木材的尺寸稳定性、耐腐朽能力、力学强度、表面硬度等性能；如果加入特定功能的助剂，也可同时赋予木材防水、阻燃等新的特性。木材改性技术依据是否注入试剂以及试剂在细胞中的分布可以大致划分为细胞壁改性和细胞腔处理。细胞壁改性是指改性过程中木材的细胞壁物质经历了化学改变，其分子结构和宏观性能均由此而发生永久改变。细胞壁改性主要包括炭化处理、活性低分子树脂改性
10、、有机单体接枝等。常见的细胞腔处理有热固性树脂（酚醛、脲醛、三聚氰胺）处理、石蜡处理、硅烷处理等 6。2.2 速生材浸渍改性研究现状木材浸渍是指将木材浸泡在水溶性低分子量树脂溶液中，树脂通过扩散进入木材细胞壁，而使木材增容，然后经干燥除去水分，最后加热使树脂固化的木材改性技术。浸渍木主要用于制作刀、枪的手柄和笔托，以及对强度、耐磨性、耐化学腐蚀等性能要求较高的领域。早在 20 世纪 40 年代，美国林产品研究所就研究了使用低分子量酚醛树脂浸渍单板、生产浸渍木的技术，但浸渍木真正形成商品是在 1987 年。目前，世界生产浸渍木的公司主要有：美国 Fibron 和 C-K Composites、英
11、国 Permali 和巴基斯坦 Dymonwood 公司等 7。我国速生材浸渍改性研究现状- 3 -浸渍木的技术开发仅停留在研究阶段，主要集中在使用低分子量的酚醛树脂浸渍杨木、杉木等速生材和低档木材，也有研究使用改性脲醛树脂改性木材 8。近些年来，我国学者对速生材的浸渍改性进行了广泛的研究，其目的就是通过一系列物理化学处理，提高木材的密度及强度。罗建举 9等，使用将缓冲式脲甲醛溶液浸注到木材内部后聚合而形成固化脲醛树脂的木材改性方法，使树脂预缩液进入木材后再聚合形成固化树脂，结果表明，脲醛树脂改性处理可显著提高木材干燥、吸湿和吸水时的尺寸稳定性，并对木材有明显的增硬作用。张云岭 10以不同浓度
12、的水溶性低分子量三聚氰胺甲醛混合溶液处理大青杨木材，并在加热过程中作横纹方向压缩处理，经过处理的试材，抗胀缩率(ASE)为 47%，阻湿率(MEE)为 36%；用 10%树脂浓度处理的试材在室温条件下进行冷水浸渍，完全可以保持其压缩变形。采用不同浓度的低分子量水溶性三聚氰胺甲醛树脂溶液浸渍泡桐木材。并对其进行压缩。研究结果表明，浓度为 6%的 MF 树脂处理的压缩木试样，即使在沸水中也很少回弹，而用25%MF 树脂处理的试样在压缩率为 50%时，表面硬度可从 0.122MPa 增加到 0.366MPa。常德龙 11用横向压密、低分子量 MF 树脂处理泡桐木材可固定变形的方法改善泡桐木材性能。刘
13、君良 12采用水溶性低分子量酚醛树脂固定大叶山杨和柳杉的木材压缩变形，可制造表面压密材；当树脂质量分数超过 10%时，压缩变形完全被固定，随着压缩率的增加，表面压密材的硬度、顺纹抗压强度、弹性模量和静曲强度都明显增加。王军 13等利用酚醛树脂(PF)及脲醛树脂(UF)对大青杨进行了改性试验，结果显示：PF 处理材的边材与心材的吸水率相近，边材略高于心材；UF 处理使大青杨的吸水率下降，边材的吸水率随着浸水时间的延长明显高于心材；PF 和 UF 处理材的体积膨胀、尺寸稳定性明显提高。林海等 14采用低分子量酚醛树脂对杨木进行浸渍处理、干燥定型，使树脂固化制得改性材。证明 PF 预聚物对杨木具有较
14、好的浸注性；对其密度进行检测和分析的结果表明，杨木改性材的密度可达到 0.60.8kg/m 3。夏炎 15等为了解速生杨木改性后对药液吸收情况的规律性，采用低分子量酚醛树脂对速生杨木进行增强浸注，改性后以木材对药液吸收的质量增加率作为衡量浸渍性的指标，通过对质量增加率进行统计分析研究其分布情况，由分布描述的规律性得出速生杨木对药液吸收率的变化范围。与国内相比，国外研究者研究得较为提前和深入，不仅对改性前后影响木材使用的重要宏观物理、力学、防护性能进行了评价，还从微观构造入手，探索树脂在木材中的渗透路径、在木材中的分布状态以及与细胞壁的结合情况。早在 1951 年，Stamm 等 16研究者用水
15、溶性酚醛树脂浸渍单板，并压缩密实化处理，制得密度高达 1.31.4 g/cm3 的高性能木材。随后，相关研究逐渐增多。今村博之 17，井上雅文等 18-19使用水溶性低分子量树脂对木材进行浸渍和压缩固定，优化试验工艺和参数，使木材的尺寸稳定性和力学性质均大幅提高。Inoue 等 20, Miroy 等 21，Deka 等 22则将低分子量水溶性三聚氰胺甲醛树脂用于提高木材的表面硬度和弹性模量研究上。Wan 等 23发现低分子量水溶性 PF 对定向刨花板的尺寸稳定性影响显著。木材浸渍工艺也分为浸注和干燥固化 2 个阶段：浸注阶段一般采用真空加压处理，浸注液通常选用酚醛树脂、脲醛树脂、糠醛树脂、间
16、苯二酚树脂等；干燥固化阶段一般采用加热固化的方式。目前，浸渍处理木材最广泛用的方法是真空加压浸注法，即木材先在一定速生材浸渍改性研究现状- 4 -的负压条件下抽真空，然后利用处理罐内外压力差将浸渍树脂注入罐中，浸渍液要始终包围并淹没木材，最后根据需要向罐内施加一定压力，保持相应时间。整个浸渍过程是树脂溶液在木材表面通过浸润、扩散逐步浸入木材内部贯穿木材本体的过程。抽真空的作用可使木材内部孔穴中的空气预先被排除，这就为浸渍液体进入木材内部创造了条件，同时还降低了浸渍液体浸入木材的阻力，并扩大了浸渍液体在木材内部的可存留空间；外部施加压力可使浸渍液迅速并充分的浸入到木材内部甚至浸透木材，实现木材对
17、浸渍液的吸收量的最大化 24。肖忠平 25等采用动态热重法对阻燃杉木间伐材的热动力学特性、燃烧热释放率和总热释放量等进行了测试，分析了真空度、真空时间、浸注压力、浸注时间 4 个因素对杉木间伐材吸药量、氧指数、抗弯强度的影响，并提出了较为理想的阻燃浸注处理工艺。宋晓辉 26使用常压和真空浸渍的系列化试验方法，研究人工林杨树木材的渗透工艺及工艺参数对纵向渗透性能的影响。结果表明：真空浸渍优于常压浸渍，增加浸渍时间，可显著增大深度，浸渍 24h 渗透深度是浸渍 4h 的 10 倍，但再延长时间效果则不明显。吴玉章 27等对杉木木材经过低分子量酚醛树脂常压浸渍和真空浸渍后的浸注效果及树脂在木材内的分
18、布状态进行了系统的研究，研究结果表明：常压浸渍树脂的树脂水溶液充填率为理论最大浸注量的 10%左右，而真空浸注可达到 90%以上，真空浸注效果明显；软 X 射线解析样品纵向树脂分别状态表明，在常压浸渍的情况下，树脂主要分布在样品的端部，而经过真空浸渍处理，树脂注入深度增加。张宏健 28等指出研究表明，不同树脂甚至同一树脂对不同树种木材具有不同的浸注性，其浸入量随浸注加压时间的延长而增加；木材心边材对树脂的接收能力有所不同；木材性能的改善程度因树种和树脂浸入量而异。虽然国内外对于木材的浸渍改性做了大量的研究工作，但是这方面的研究还有待深入，内在机理还不明确，例如树脂向细胞壁的直接渗透或扩散；以及
19、树脂在木材细胞壁中的存在状态，是物理状态填充（增加细胞壁的密度） ，还是化学状态结合（教练） ，或者两者都有，各占比例不同；树脂改性后细胞壁物理力学及化学性质的变化等。参考文献：1 谢延军等.木材化学功能改良技术进展与产业现状J.林业科学.2012,9(48):154-163. 2 国家林业局森林资源管理司.第六次全国森林资源清查及森林资源状况 ,2004.3 周霆,盛炜彤.关于我国人工林可持续问题J.世界林业研究.2008,3(21):49-53.4 沈晓玲等,天然有机物对速生杉木的改性研究J.福建林业科技.2005,2(32):10-12.5 贺宏奎.速生杨木材压缩及树脂浸渍密实化研究D.
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