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量的降低就應科學合理地保護木材。
“木材改性”是通過對木材防腐、防蟲、滯火、尺寸穩定等保護處理 ,提高木材應用范圍 ,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、化學或兩者兼用的方法處理木材。世界各國木材科學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 ,隨著科學技術的發展 ,木材的化學改性得到了迅猛的發展。
木材的化學改性系指采用某些化學藥劑 ,在有催化劑存在時與木材組分纖維素、半纖維素和木素中的活性基團發生反應形成共鍵聯結 ,改變了木材的化學結構與化學組成 ,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反應最活潑、吸濕性最強的基團 ,與所選擇的化學藥劑發生反應形成醚鍵、酯鍵或縮醛聯結 ,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 ,而通過某些化學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。用來改性的化學藥劑不一定要對微生物有毒性 ,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 ,因此采取這樣的方法處理的木材 ,一般來說 ,力學強度、體積穩定性和耐候性均有不同程度的提高。處理后的木材應保留未處理材所固有的優點 ,對膠合、油漆、釘著及加工性能無不利影響。
化學改性方法很多 ,關鍵在于根據防腐目的篩選適合的化學藥劑 ,所選擇的化學藥劑應符合下述條件 :能與木材組份上的羥基發生化學結合 ;不腐蝕設備 ,對人畜無毒 ;反應條件溫和 ,不使木材降解 ;具疏水性 ,結合穩定 ;能夠膨脹木材結構 ,增加滲透性 ;不破壞原木材固有的優良性能及藥劑價格低廉等。
化學改性木材的工藝過程和所需用的設備與目前各防腐廠所使用的基本相同 ,可充分利用現有的生產條件投入工業生產。近年來使用的化學改性木材的方法如下 :
１交聯處理
采用一些有機化合物注入木材 ,將具有線型結構的纖維素分子鏈以新的化學鍵聯結 ,使之形成三維網狀結構的反應稱為交聯作用。交聯反應能使木材的物理及化學性質有所改變。常用的交聯劑有 :①甲醛交聯劑 ,以甲醛處理木材 ,則在纖維素分子間形成亞甲基鍵交聯 ,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 ,當木材含水率低于纖維飽和點 ,尤其在２０ %以下時 ,木腐菌的生長受到限制。此外 ,由于木材內產生甲醛的聚合物 ,這種聚合物對木腐菌具有毒性。甲醛交聯劑既可使木材的體積穩定性提高又可增加木材的防腐能力。②五氧烷類交聯劑。這類藥劑能使木材結構膨脹 ,易于滲進木材 ,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 ,形成穩固的共價鍵 ,提高木材的耐磨性能。常用的環氧烷類交聯劑有環氧乙烷、環氧丙烷、環氧丁烷等 ,常用的催化劑有三甲胺、三乙胺等。這類交聯劑與木材組分的羥基反應以下式表示 :
③異氰酸脂交聯劑。常用的有異氰酸乙脂、異氰酸丁脂、異氰酸苯脂等。這類化合物對木材的膨脹作用較小 ,所以在處理時加用膨脹劑。二甲替甲酰胺率先打開木材結構 ,有助于藥劑滲入木材和發生反應。
２乙酰化和氰乙化處理
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 ,結果使木材的吸濕性降低 ,易處于干燥狀態 ,并使木材的耐腐耐蛀和耐候性提高。處理時應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。當這些藥劑注入木材使木材量增重１７ %～２５ %時能達到良好的防腐效果。
異氰酸脂處理工藝 :
異氰酸化反應。異氰酸化是用異氰醋酸與木材中的羥基反應 ,生成含氮的酯來達到木材尺寸穩定化的目的。反應方程式如下反應所用的催化劑是發揮性的有機胺 ,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 ,樹脂擴散進入木材細胞壁并使木材增容（Ｂｕｌｋｉｎｇ） ,經
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胞壁內聚合 ,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藥劑損失小的優點。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 ,然后經過加
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