木材尺寸穩(wěn)定處理

關(guān)于木材尺寸穩(wěn)定處理6.1概述木材的干縮濕脹及各向尺寸變化不一致而引起的翹曲、開裂、變形等是木材加工、利用中遇到的最棘手的問題木材水分的存在與變化木材尺寸不穩(wěn)定根本原因第2頁,共58頁，2024年2月25日，星期天1、木材尺寸不穩(wěn)定的原因纖維素非結(jié)晶區(qū)的游離羥基吸附空氣中水分子并與水分子形成氫鍵結(jié)合；木材中的半纖維素、木素及其他物質(zhì)也能吸著水分子；水分子的進(jìn)入使木材各成分分子之間的距離增大，木材呈膨脹狀態(tài)，導(dǎo)致尺寸不穩(wěn)定。第3頁,共58頁，2024年2月25日，星期天2、處理原則在保持木材原有優(yōu)良性質(zhì)的前提下，改變其吸濕和干縮濕脹性能。①處理僅限于細(xì)胞壁內(nèi)纖維素的非結(jié)晶區(qū)部分。②細(xì)胞壁未經(jīng)處理，僅僅是細(xì)胞腔內(nèi)充填、沉積某些化學(xué)藥劑。6.1概述第4頁,共58頁，2024年2月25日，星期天3、處理機(jī)理為了改善木材的尺寸穩(wěn)定性，降低其吸濕性，可以采用具有吸附水分能力的吸附點(diǎn)—羥基，或使之失去吸附能力，如用疏水性分子包圍吸附點(diǎn)區(qū)域，或部分地使分子交聯(lián)固定。6.1概述第5頁,共58頁，2024年2月25日，星期天木材尺寸穩(wěn)定性的主要評(píng)定指標(biāo)是抗脹(縮)率(ASE)(AntiSwellingEfficiency)、阻濕率(MEE)(MoistureExcludingEfficiency)、抗吸水率(RWA)、聚合物留存率(PL)(PolymerLoading)—增重率WPG6.2木材尺寸穩(wěn)定性的評(píng)定第6頁,共58頁，2024年2月25日，星期天（1）抗脹縮率ASE=[（VC-VT）/VC]×100％式中：VC——未處理材的體積膨脹

(收縮)率，

VT——處理材的體積膨脹率6.2木材尺寸穩(wěn)定性的評(píng)定第7頁,共58頁，2024年2月25日，星期天（2）阻濕率MEE=[（MC-MT）/MC]×100％式中：MC——未處理材的吸濕率，

MT——處理材的吸濕率6.2木材尺寸穩(wěn)定性的評(píng)定第8頁,共58頁，2024年2月25日，星期天（3）拒水率RWA=[（WC-WT）/WC]×100％式中：WC——未處理材的吸水率

WT——處理材的吸水率6.2木材尺寸穩(wěn)定性的評(píng)定第9頁,共58頁，2024年2月25日，星期天（4）聚合物留存率PL=[（GT-GC）/GC]×100％式中：GC——未處理材的絕干質(zhì)量

GT——處理材的絕干質(zhì)量6.2木材尺寸穩(wěn)定性的評(píng)定第10頁,共58頁，2024年2月25日，星期天1、防水處理提高木材被水濕潤(rùn)、浸透的抵抗能力。抵抗?jié)駶?rùn)性能——憎水性原理：木材具有可濕性，其親水性的極性表面能被水潤(rùn)濕，采用既具有親水性官能團(tuán)(能與材面緊密接觸)、又具有憎水性官能團(tuán)(保護(hù)材面不被水潤(rùn)濕)的兩性物質(zhì)作為憎水處理劑，涂覆在處理材的表面。處理效果的好壞與固體表面的化學(xué)性質(zhì)、吸著分子的多寡、表面粗糙度和孔隙率等有關(guān)。6.3物理方法的尺寸穩(wěn)定處理

第11頁,共58頁，2024年2月25日，星期天1、防水處理處理劑—含有石蠟成分的憎水劑、亞麻油類、清漆和硅樹脂等憎水劑；防水效果—防水率高達(dá)75％一90％，抗脹(縮)率(ASE)為70％一85％。應(yīng)用：門、膠合板、刨花板等。6.3物理方法的尺寸穩(wěn)定處理

第12頁,共58頁，2024年2月25日，星期天2、防濕處理最常用的方法是在木材表面涂飾涂料或膠貼貼面材料。（1）外表面覆蓋常用涂料為酚醛樹脂漆、醇酸樹脂漆、硝基漆、氨基樹脂漆等，涂層厚度與防濕效果呈正相關(guān)。6.3物理方法的尺寸穩(wěn)定處理

第13頁,共58頁，2024年2月25日，星期天2、防濕處理最常用的方法是在木材表面涂飾涂料或膠貼貼面材料。（2）內(nèi)表面覆蓋將憎水材料(如：松香、臘、干性油等)溶解于揮發(fā)性溶劑(如：烷烴、石油醚等）中制成流動(dòng)性好、粘度低的溶液注入木材內(nèi)部，待溶劑揮發(fā)后拒水材料留存于木材內(nèi)表面上具有防濕作用。（1）、（2）屬表淺的物理處理，其防濕和拒水功能不高，保持的時(shí)間不長(zhǎng)。6.3物理方法的尺寸穩(wěn)定處理

第14頁,共58頁，2024年2月25日，星期天3、酚醛樹脂處理定義將低分子量酚醛樹脂注入木材，加熱使其縮聚、固化，生成不溶性樹脂，處理材尺寸穩(wěn)定，其他性能亦有所改善。處理機(jī)理處理材的尺寸穩(wěn)定性與酚醛樹脂中羥甲基酚含量密切相關(guān)，而樹脂中羥甲基酚含量與樹脂的聚合度呈負(fù)相關(guān)。因此，低分子量的酚醛樹脂中羥甲基含量較高，高溫固化時(shí)可與木材中的羥基彼此間形成氫鍵結(jié)合或化學(xué)結(jié)合，而且其增容(膨脹)效果亦十分顯著，其抗脹(縮)率(ASE)也高。6.3物理方法的尺寸穩(wěn)定處理

第15頁,共58頁，2024年2月25日，星期天3、酚醛樹脂處理處理材性質(zhì)與未處理材相比，處理材的力學(xué)指標(biāo)中：順紋抗壓強(qiáng)度提高1倍左右，抗彎強(qiáng)度及抗彎彈性模量提高30％左右，硬度和耐磨性亦有提高，但沖擊韌性下降大約50％，抗拉強(qiáng)度亦略有下降。處理材的耐腐、防蟲性能亦較未處理材明顯增強(qiáng)。6.3物理方法的尺寸穩(wěn)定處理

第16頁,共58頁，2024年2月25日，星期天3、酚醛樹脂處理用途酚醛樹脂也適用于處理單板，可將處理單板制造層積材或強(qiáng)化層積材。在高溫(130—150℃)、高壓(10—20MPa)下固化，制得強(qiáng)化層積材，其尺寸穩(wěn)定性、耐久和耐候性、電絕緣性及力學(xué)性能均有明顯的提高。這種材料常用作裝飾品、工藝品、家具材和門拉手、推桿等。6.3物理方法的尺寸穩(wěn)定處理

第17頁,共58頁，2024年2月25日，星期天4、聚乙二醇(PEG)處理（1）PEG的性質(zhì)PEG是無色、無嗅的物質(zhì)，分子量較大時(shí)，常溫(20℃)下呈固態(tài)，分子量較小時(shí)呈液態(tài)。PEG是由環(huán)氧乙烷與水或乙二醇的反應(yīng)制得的鏈狀聚合物。6.3物理方法的尺寸穩(wěn)定處理

第18頁,共58頁，2024年2月25日，星期天4、聚乙二醇(PEG)處理（2）木材的PEG處理處理?xiàng)l件：適于處理生材和濕材；PEG的平均分子量1000—1500；溶液濃度為25％一30％(溶劑為水)；溫度為常溫~80℃。6.3物理方法的尺寸穩(wěn)定處理

第19頁,共58頁，2024年2月25日，星期天4、聚乙二醇(PEG)處理（3）PEG處理材材性①尺寸穩(wěn)定性PEG浸入膨潤(rùn)狀態(tài)的細(xì)胞壁內(nèi)，在低相對(duì)濕度時(shí)細(xì)胞壁中的PEG保持膨潤(rùn)狀態(tài)，在高相對(duì)濕度下，細(xì)胞壁中的PEG變?yōu)樗芤海３峙驖?rùn)狀態(tài)，由于單位質(zhì)量的PEG比單位質(zhì)量水對(duì)木材的增容效果要大，所以在相當(dāng)于木材纖維飽和點(diǎn)含水率的70％一80％的PEG含量時(shí)，就能賦予處理材高的尺寸穩(wěn)定性。6.3物理方法的尺寸穩(wěn)定處理

第20頁,共58頁，2024年2月25日，星期天4、聚乙二醇(PEG)處理（3）PEG處理材材性②力學(xué)性質(zhì)PEG處理材的抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和耐磨性均隨PEG留存量的增加而增加，若相對(duì)濕度升高，則強(qiáng)度和耐磨性略有下降，韌性則稍有上升。6.3物理方法的尺寸穩(wěn)定處理

第21頁,共58頁，2024年2月25日，星期天4、聚乙二醇(PEG)處理（3）PEG處理材材性③干燥性

PEG處理材易于吸濕，難于解吸，處理材在快速或高溫干燥時(shí)很少開裂，體積收縮率也小，單板干燥的合格率大為提高。④膠合性

PEG處理材的涂飾性較未處理材差。6.3物理方法的尺寸穩(wěn)定處理

第22頁,共58頁，2024年2月25日，星期天4、聚乙二醇(PEG)處理（3）PEG處理材材性⑤PEG處理的應(yīng)用

PEG處理除了成功地應(yīng)用于古木保存外，還可用來防止室外用膠合板的表面開裂，提高漂白材的耐光性以及防止木材光變色。6.3物理方法的尺寸穩(wěn)定處理

第23頁,共58頁，2024年2月25日，星期天是指木材中的成分能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的方法。因此，通過處理，木材中某種成分消耗生成另一種生成物，來實(shí)現(xiàn)木材尺寸穩(wěn)定。6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第24頁,共58頁，2024年2月25日，星期天1、熱處理（1）機(jī)理加熱使半纖維素、尤其是多糖醛酸發(fā)生了化學(xué)變化生成吸濕性差的聚合物，同時(shí)加熱使吸著水除去，細(xì)胞壁纖維素非結(jié)晶區(qū)的分子鏈之間距離縮短形成新的氫鍵結(jié)合。6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第25頁,共58頁，2024年2月25日，星期天1、熱處理（2）加熱處理溫度：180-250℃；加熱介質(zhì)：熱空氣、水蒸氣、植物油、惰性氣體，

6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第26頁,共58頁，2024年2月25日，星期天1、熱處理（3）加熱處理材的材性加熱處理的結(jié)果是質(zhì)量減少、材面變暗，處理材吸濕性降低，尺寸穩(wěn)定性提高；加熱處理材的尺寸穩(wěn)定性，隨處理?xiàng)l件的不同而不同；大多數(shù)力學(xué)強(qiáng)度降低。6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第27頁,共58頁，2024年2月25日，星期天1、熱處理（4）熱處理材的應(yīng)用6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第28頁,共58頁，2024年2月25日，星期天1、熱處理（4）熱處理材的應(yīng)用6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第29頁,共58頁，2024年2月25日，星期天2、乙?；捎靡阴┲惺杷砸阴；?CH3CO—)置換木材中親水性羥基(—OH)，由于乙酰基的導(dǎo)入，產(chǎn)生酯的增容效應(yīng)(BulkingEficent)。使處理材尺寸穩(wěn)定的因素是羥基減少和乙酰基增容6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第30頁,共58頁，2024年2月25日，星期天2、乙?；?）乙?；磻?yīng)乙?；幚頃r(shí)用醋酸酐按下式進(jìn)行反應(yīng)：

Wood-OH+(CH3CO)2O——Wood-OCOCH3+CH3COOH

上述反應(yīng)可在液相或氣相中進(jìn)行，若加入催化劑，反應(yīng)能加速進(jìn)行。6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第31頁,共58頁，2024年2月25日，星期天2、乙酰化（2）處理藥劑可分乙酰劑和催化劑兩大類，前者有醋酸酐、硫代醋酸和乙酰氯等，后者有吡啶、二甲替甲酰胺和無水高氯酸鎂等。①乙酰劑

6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第32頁,共58頁，2024年2月25日，星期天2、乙?；?）處理藥劑

②硫代醋酸(CH3COSH)。反應(yīng)式為：

Wood-OH+HSCOCH3——Wood-O-COCH3+H2S③乙酰氯(CH3COCl)。為空氣中發(fā)煙的無色液體，具窒息性刺鼻氣味。反應(yīng)式為：

Wood-OH+CH3COCl——Wood—O-COCH+HCI6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第33頁,共58頁，2024年2月25日，星期天2、乙?；?）處理方法①液相法用吡啶作催化劑將木材浸入醋酸酐和吡啶的混合液中→置于密閉的處理罐→加熱（90—100℃），保持?jǐn)?shù)小時(shí)→排出未反應(yīng)的處理液→處理材干燥處理。6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第34頁,共58頁，2024年2月25日，星期天2、乙?；?）處理方法①液相法不用催化劑用二甲苯或氯化烴等作稀釋劑，將醋酸酐稀釋成濃度為25％的處理液。在溫度100—130℃時(shí)乙?；静摹Ｒ蚍枷銦N沒有膨脹木材，木材吸收處理液量減少，而且回收二甲苯的過程比分離催化劑要簡(jiǎn)單。這種方法用于處理尺寸較大的木材。6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第35頁,共58頁，2024年2月25日，星期天2、乙?；?）處理方法②氣相法適于處理單板及厚度較小(小于3mm)的材料吡啶前處理單板放入80％醋酸酐和20％的吡啶混合蒸汽中，90℃下處理6h，PL可達(dá)20％，ASE可達(dá)70％。用尿素和硫酸銨的混合液前處理→干燥→醋酸酐蒸汽中氣相處理。用醋酸鉀溶液前處理→干燥→等量的二甲替甲酰胺(DMF)和醋酸酐混合蒸汽處理。6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第36頁,共58頁，2024年2月25日，星期天2、乙?；?）處理方法③綜合法乙?；c熱處理聯(lián)合作用（乙酰化后熱處理或熱處理后乙?；?，處理材的耐水性和尺寸穩(wěn)定性均有提高。乙?；笤僮鹘宦?lián)處理。乙酰化處理材→真空中→用環(huán)氧乙烷處理2—4h，則處理材的尺寸穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第37頁,共58頁，2024年2月25日，星期天2、乙酰化（4）乙?；牡男再|(zhì)①物理性質(zhì)在溫度100—120℃,阻濕率比抗脹(縮)率略低，在不同相對(duì)濕度下阻濕率與抗脹(縮)率幾乎不變，氣體的滲透性降低，水分?jǐn)U散速度減慢。②力學(xué)性質(zhì)橫紋抗壓、硬度和韌性等稍有增加，抗剪強(qiáng)度降低。

6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第38頁,共58頁，2024年2月25日，星期天2、乙?；?）乙?；牡男再|(zhì)③膠合性由于乙酰化材中游離羥基大大減少，膠合性能降低，膠層破壞增多。④耐腐性處理材耐腐朽，具有防蟻、防蟲功能。6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第39頁,共58頁，2024年2月25日，星期天3、甲醛處理采用強(qiáng)酸或無機(jī)鹽催化，用甲醛處理纖維素材料，由于甲醛的交聯(lián)反應(yīng)，使纖維素鏈分子之間架橋，從而在低的增重率（PL=2%—4%）下，能使處理物料得到高的ASE（60%—70%）。6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第40頁,共58頁，2024年2月25日，星期天3、甲醛處理（1）催化常用的催化劑有氯化氫(氣相)和濃度為1％一2％的氯化鋅，催化一般為前處理。當(dāng)使用氯化鋁和氯化銨催化并與甲醛作用時(shí)，處理材的抗脹(縮)率高，ASE約為40％時(shí)，木材稍有劣化。6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第41頁,共58頁，2024年2月25日，星期天3、甲醛處理（2）反應(yīng)溫度和時(shí)間用氯化氫為催化劑時(shí)，反應(yīng)溫度為95℃，處理時(shí)間2h以上，處理材的抗脹(縮)率較高。用1％一2％氯化鋅為催化劑時(shí)，則反應(yīng)溫度為120℃，反應(yīng)時(shí)間亦要延長(zhǎng)。6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第42頁,共58頁，2024年2月25日，星期天3、甲醛處理（3）物理性質(zhì)甲醛處理材的抗脹(縮)率和阻濕率，在相對(duì)濕度變化很大的范圍內(nèi)仍很穩(wěn)定。相對(duì)濕度升高，其ASE和MEE的值有些提高。其原因是：①結(jié)晶區(qū)增加。②由于鏈狀分子間的交聯(lián)結(jié)合，使初期吸著點(diǎn)減少。③防止了二次吸著點(diǎn)的新生。6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第43頁,共58頁，2024年2月25日，星期天3、甲醛處理（4）力學(xué)性質(zhì)與未處理材相比，甲醛處理材的抗壓和抗彎強(qiáng)度增加不大。在飽水狀態(tài)下，處理材和未處理材相比，強(qiáng)度增加0．6倍，彈性模量增加0．3倍，硬度增大。甲醛處理材的韌性和耐磨性，隨抗脹(縮)率的增加而急劇下降。6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第44頁,共58頁，2024年2月25日，星期天3、甲醛處理甲醛處理的優(yōu)點(diǎn)是：①能氣相處理。②用少量藥劑能獲得很大的尺寸穩(wěn)定性。③尺寸穩(wěn)定性具有永久性。④質(zhì)量增加少。⑤耐久性大。甲醛處理的缺點(diǎn)是：①未反應(yīng)的甲醛除去困難。②酸性催化時(shí)處理材的韌性和耐磨性有較大的降低。6.4化學(xué)法的尺寸穩(wěn)定處理

第45頁,共58頁，2024年2月25日，星期天木質(zhì)人造板的尺寸穩(wěn)定化膠合板、刨花板、硬質(zhì)纖維板、中密度纖維板、木質(zhì)水泥板、華夫板、定向結(jié)構(gòu)刨花板水分對(duì)木質(zhì)人造板的尺寸變化影響極大抗水能力差——木材本身就具有對(duì)水蒸氣和水的吸濕、吸水性，使木材或纖維橫向膨脹或收縮較大第46頁,共58頁，2024年2月25日，星期天木質(zhì)人造板尺寸穩(wěn)定性的影響因素木質(zhì)碎料的尺寸、形態(tài)、加工方法及木材樹種成型時(shí)的溫度、壓力、時(shí)間及板材吸濕、吸水而產(chǎn)生的厚度恢復(fù)膠黏劑的種類和加入量以及為了控制尺寸變化而加入的填料、防水劑等第47頁,共58頁，2024年2月25日，星期天刨花板的吸水、吸濕特性刨花吸濕會(huì)導(dǎo)致刨花膨脹并使板的厚度發(fā)生變化，及熱壓后的變形回亮，使板厚度方向的膨脹量很大。刨花板的吸濕變形因刨花形態(tài)、排列方向、熱壓條件等因素而已。一般刨花越薄膨脹率越小，板的密度越大膨脹率越大。當(dāng)板的密度相同時(shí)，刨花用材原料的密度也會(huì)產(chǎn)生影響第48頁,共58頁，2024年2月25日，星期天加工條件對(duì)刨花板尺寸穩(wěn)定性的影響平衡含水率（EnvironmentalMoistureContent）：熱壓成型的板，由于受熱的作用，吸濕性比素材低；板的EMC因膠黏劑的種類而異，酚醛膠刨花板比脲醛膠刨花板略高；研究表面，ph大的酚醛樹脂在高濕度條件下平衡含水率也變高。高濕度條件下施膠量越高，EMC越低，即膠合強(qiáng)度、膠合質(zhì)量提高，則能抑制材料與水分的接觸面。因此膠黏劑自身的吸濕性、膠合能力與膠合質(zhì)量對(duì)板的吸濕也有影響；刨花板的密度增大，EMC有降低趨勢(shì)，因?yàn)楦呙芏扰倩ò宓臒釅簳r(shí)間長(zhǎng)，壓力高，熱處理的效果好第49頁,共58頁，2024年2月25日，星期天刨花板密度：密度在0.5-0.7g/cm3，隨密度的增加，厚度膨脹率有增大的趨勢(shì)，板密度降低可降低厚度膨脹率；密度0.8g/cm3板比0.7g/cm3厚度膨脹率小，在熱壓過程中，由于壓潰量急劇增大，降低了吸水膨脹能力。板的密度處以原料密度之比為壓縮比，研究表明，當(dāng)原料為單一樹種時(shí)，板的都讀膨脹率與原料樹種的密度無關(guān)，只與壓縮比有關(guān)，壓縮比越高，板的厚度膨脹率越大第50頁,共58頁，2024年2月25日，星期天刨花形態(tài)：在其他條件相同時(shí)，刨花越薄，板的厚度膨脹率越低，由于薄刨花能產(chǎn)生均一的壓縮，膠黏劑和防水性：決定刨花板耐久性和尺寸穩(wěn)定性的最大因素是膠粘劑的種類與施膠量。很多研究表明施膠量增加，厚度膨脹率降低；異氰酸酯>酚醛>脲醛-三聚氰胺共聚物>脲醛防水劑的加入（石蠟）第51頁,共58頁，2024年2月25日，星期天尺寸穩(wěn)定化處理刨花板厚度變化原因：木材內(nèi)在的吸濕性；制板時(shí)由熱壓等因素引起的木材吸附水產(chǎn)生膨脹的原因：木材內(nèi)部表面的親水集團(tuán)（羥基）與水分子的氫鍵結(jié)合控制木材吸