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中國木材功能性改良技術(shù)發(fā)展方向 吳玉章，吳書泓，葉克林 摘要： 本文論述了21世紀中國木材功能性改良的發(fā)展方向，認為木材功能性改良技術(shù)應向一劑多功效、環(huán)保、高效與和長效型、節(jié)約木材，擴大應用領(lǐng)域等五個方面發(fā)展。要注重研究與應用的結(jié)合，提高和完善技術(shù)，以推動木材工業(yè)的發(fā)展。 木材功能性改良是針對木材在使用過程中存在的缺陷和不足而進行的改良措施，內(nèi)容包括：防生物危害、阻燃、尺寸穩(wěn)定化、強化或軟化、染色和漂白等，其特點主要是利用具有某種性質(zhì)的化學物質(zhì)處理木材，使其達到所要求的目的。國外對木材功能性改良的研究已有較長的歷史，我國起步較晚，尤其是染色、漂白、強化等的研究更是遲于國外。隨著國際間科學技術(shù)的交流，我國在該領(lǐng)域的研究也逐步活躍起來?，F(xiàn)在，不僅是科研所、高等院校，就連企業(yè)界對木材功能性改良技術(shù)也都給予以高度重視。此外，因楊木、杉木、馬尾松等速生人工林木材正成為我國主要的工業(yè)用材料樹種，而人工林木材自身存在的不足，給企業(yè)的生產(chǎn)和銷售帶來許多問題。因此，對改性技術(shù)的需求越來越強烈和迫切。 隨著社會的不斷發(fā)展，人們對居住條件、生活環(huán)境要求越來越高，木材作為一種重要的建筑、裝飾和裝修材料將越來越多地發(fā)揮著重要作用。我國目前對木材功能性改良研究的深度和水平還未達到能生產(chǎn)出滿足社會需求的產(chǎn)品的程度，因此有必要對我國木材功能性改良技術(shù)發(fā)展方向進行探討。 1、 多功能性 多功能性是指用一種改性劑處理木材，使木材兼具幾種，如防生物危害、阻燃、尺寸穩(wěn) 定、增強木材的力學性能等功能。因為易燃、易受生物危害、尺寸不穩(wěn)定是木材“天生”所具有缺陷，木材不論以何種形式使用時，這種缺陷依然存在。有時三者同時表現(xiàn)出重要性，有時則阻燃還是防生物危害次之，或者相反。但不論是阻燃還是防生物危害都離不開尺寸穩(wěn)定問題，因為無論阻燃或防生物危害效果多幺突出，只要尺寸穩(wěn)定性差，產(chǎn)品的最終使用性能也難以保證，應用將會受到限制。最早的木材改良性大多是將三者孤立起來對待，開發(fā)的改良性劑僅具有單一效果，阻燃劑只提高木材阻燃的效果，防腐劑只只能防止菌蟲的危害，尺寸穩(wěn)定劑中能提高尺寸穩(wěn)定性。隨著人們實踐經(jīng)驗的不斷豐富，尤其是近十年來，人們逐漸意識到木材阻燃、防生物危害、尺寸穩(wěn)定性問題是不可分割的，三者存在相互影響、相互制約的關(guān)系，改良劑的開發(fā)就逐步向同時具有防生物危害、阻燃和尺寸穩(wěn)定化的“多功能性”方向發(fā)展。 由于世界性的天然林資源的枯竭，大量工業(yè)用材資源由天然林轉(zhuǎn)向人工林。我國自60年代以來即開始大面積營造人工林，全國現(xiàn)有成林的人工林面積為3425萬hm2，蓄積大量已經(jīng)超過7億m3。由于最初營造人工林時只注重木材產(chǎn)量而忽略了材質(zhì)問題，使得人工林木材出現(xiàn)難以適應市場的現(xiàn)象。例如，南方幾省盛產(chǎn)杉木木材，由于杉木木材軟而脆等力學性能問題，使人工林杉木的應用受到限制。因此，對人工林木材而言，除了防生物危害、阻燃、尺寸穩(wěn)定化等以外，提高其力學性能也是木材改性的一項重要內(nèi)容。木材改性劑不僅要具有防生物危害、阻燃、尺寸穩(wěn)定性好，而且還要能提高木材的力學性能。在科學技術(shù)日新月異的今天，加之前人積累的成果以及相關(guān)領(lǐng)域的研究成果，為我們創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)條件。 2、環(huán)保問題 環(huán)境保護是當今社會的一大熱點問題，人類的健康和環(huán)保意識大大加強，近年來，隨著 房改的深入發(fā)展，越來越多的家庭擁有自己的住房。為美化居住環(huán)境，室內(nèi)裝修及家具業(yè)迅猛發(fā)展，大量的木質(zhì)地板、木質(zhì)家具、木質(zhì)裝修材料涌入家庭。成為人們生活環(huán)境的主要構(gòu)件。由于這些材料大都與人直接或間接接觸，經(jīng)功能性改良之后是否對環(huán)境、對人類有危害成為注目的焦點。 到目前為止，木材功能性改良技術(shù)還要依賴化學物質(zhì)的作用。有些化學物質(zhì)本身帶有毒性，有些物質(zhì)雖然不帶毒性，但在外界條件作用下可以放出有害物質(zhì)。例如，木材防生物危害，一般都是以含鋼、銅、砷、鉻的化學物質(zhì)防腐效果好，但是這些化學物質(zhì)有的帶有的毒性，對人、畜及環(huán)境危害比較大。因此，世界上許多國家和地區(qū)，如美國、歐洲、日本等大大減少了CCA、五氯酚鈉（NaPCP）等防腐劑的用量，有些地方已禁止使用。木材阻燃、木材尺寸穩(wěn)定性的改善、木材染色和漂白、木材阻燃、木材強化等等也同樣面臨著環(huán)保問題。木材阻燃原來以含鹵化元素的復合型阻燃體系的阻燃效果好，但是含鹵化合物受熱分解釋放出毒性大的鹵蒸氣，構(gòu)成二次危害。因此，現(xiàn)在正向無鹵阻燃體系方向發(fā)展，以含磷、氮、硼元素的化合物代替鹵素。 環(huán)保問題的另一方面是改性材料廢棄后的處理問題，國內(nèi)外在這方面已有了不少的經(jīng)驗教訓。例如，防腐油處理的鐵路枕木廢棄后的處理和再利用存在很多問題，包括能否再利用和是否還產(chǎn)生二次污染，這些都應在功能性改良處理之前加以考慮。當今社會需要無污染、無公害的產(chǎn)品，所以環(huán)境保護是木材功能性改良的一項不可忽視的重要內(nèi)容。 2、 功能持久性 功能持久性，即長效性是指經(jīng)功能性改良的材料能長時間地保持其功能，不會因外界條件的作用而在較短時間內(nèi)失去所具有的功能。目前，木材功能性改良遇到的最大問題就是化學改性劑的流失。因為所用的化學藥劑大多是溶性的，經(jīng)干燥處理去除水分，使化學物質(zhì)留著在木材內(nèi)，多數(shù)并未與木材化學組分發(fā)生交聯(lián)。當外界環(huán)境潮濕時，這些物質(zhì)重新溶在水里，隨著氣候干濕的不斷變化，化學物質(zhì)逐步由內(nèi)向外遷移，直至流失，不僅影響涂飾，膠合也是使材料失去阻燃、防菌蟲的功能，使改性處理失效。 但保持功能持久對木材來講存在很大難度。木材是由細胞組成，細胞腔是縱向的主要通道，細胞之間在橫向訂要通過紋孔進行輸導，所以存在改性劑的滲透深度和均勻性問題。此外，改性劑能否與木材的化學組分形成化學交聯(lián)取決于其所帶的官能團性質(zhì)和活性以及木材組分表面官能團的活性，這是保證功能持久的技術(shù)的關(guān)健。另外，還要兼顧木材的物理力學性質(zhì)。所加入的化學物質(zhì)不能降低木材的物理力學性質(zhì)以及外觀，等等。因此，選擇適宜的化學物質(zhì)和合成工藝是解決的重要途徑。 3、 充當節(jié)約木材的“幫手” 木材功能性改良除了提高和改善木材的性能外，而且也是為了有效地利用木。木