如果说过去的 30 0年是物理科学的黄金时代 ,那么我们可以说 2 1世纪将是生物科学的辉煌世纪。当今 ,以生物技术为前沿的新技术革命正在全世界范围内兴起 ,并已在社会、经济、生产和生活等各个领域产生爆炸性的冲击波。正如当年物理科学的飞跃发展带动了科学技术全面革命一样 ,现代生物技术向其它学科的渗透 ,将引起许多学科产生深刻的革命。可以预言 ,把生物技术与木材科学相结合 ,必将促进传统的木材改性技术产生根本性的变革。
1 木材材性改良问题的提出
林业生产有两大目的 ,一是追求生态效应 ,二是追求经济效益。人工用材林生产的目的显然是后者 ,即为了获得高价值的木材产品。和其它工业产品一样 ,木材产品也具有产量和品质的双重属性。片面追求速生丰产是不科学的 ,应该权衡考虑产量和品质 ,因为只有优质而高产才是人工用材林生产所追求的完整目标。木材的品质是通过材性指标来描述的。例如木材密度、木材强度、纤维长度和纤维素含量等 ,这些指标的高低就是对木材品质的定量描述。所谓木材材性改良就是要提高木材的某些材性指标。
对于树木来说 ,它生长其树干并非为满足我们人类的木材需求 ,而是出于树木本身的生存和生长的需要。生物体的生长是讲究最佳效益的 ,其各种性状指标都是以恰好能满足生长需要为原则。因此 ,对于树木生长需要来说 ,树干中木材的材性指标可能是完美无缺的 ,但从我们人类的木材利用角度来看 ,必然还存在某些不足和缺陷之处。为了克服木材的各种天然缺陷 ,提高木材的功能性 ,扩大木材的使用范围 ,这就给我们木材科学工作者提出了木材材性改良的要求。
2 传统的木材改性方法
传统的木材改性技术被称之为木材改性工艺学。它是以伐倒后的木材为对象 ,在工厂或工场对木材进行工艺性处理。处理方法主要包括机械方法、物理方法和化学方法。
2 . 1 木材的机械改良方法
木材材性的机械改良是一种最为原始而又普遍采用的木材改性方法。例如用作纺织木梭和成型模具的压缩木 ,早在本世纪 30年代初 ,在德国就已形成了商品生产。此是利用木材的弹塑特性 ,将热湿处理后的木材在机械压力的作用下压实 ,从而使木材密度和强度大幅度提高。胶合板生产工艺也可以说是一种木材的机械改良方法。工艺方法是 ,首先将原木旋切成单板 ,然后将单板纵横交错铺装胶压成板。这样消除了木材的各向异性 ,从而使木材尺寸稳定性得到改善。与此相类似的还有刨花板、纤维板、胶合木、重组木等生产工艺都可归于木材的机械改良方法。
2 . 2 木材的物理改良方法
木材的热塑性和热定形是生产中较为普遍采用的木材物理改性方法 ,前者在曲木加工中自古以来广为流行 ,后者在木质人造板的尺寸稳定性处理中被广泛采用。木材的电晕处理是新近发展形成的一种木材物理改性方法。此是将木材基质置于高频高压电场中接受高能等离子气体的作用 ,而使木材表面的可湿性、胶合性和印染性能得到改良。
2 . 3 木材的化学改性方法
凡使用化学药剂处理木材 ,使木材的性能得到改善的各种木材处理方法统称为木材化学改性方法。木材化学改性的应用范围极为广泛 ,当前在木材的防火、防腐、漂白、着色、软化、定形和增强等各方面都有所应用。另外还有木塑复合材料 (WPC)的制作也应属于木材的化学改性工艺之类。
3 木材材性的遗传改良
很明显 ,上述木材的传统改性方法是以已经长成的木材为对象 ,针对业已存在的缺陷而采用的事后补救措施。这是一种落后的、治标的、不科学的方法 ,其改性效果也是十分有限的。例如对纸浆材而言 ,想要提高木材的纤维长度或提高纤维素含量等 ,传统的木材改性方法简直是无能为力。这就迫使我们去寻求更有效、更先进和更科学的木材改性途径。
3. 1 材性遗传改良的设想基因物质是决定树木材性的根本原因。生物技术发展到今天 ,人们已经能够按照自己的意图来改造和设计生物的遗传基因 ,也就是按照自己的需要来改造和设计生物的性状 ,并依靠生物的遗传特性使获得的优良性状世代相传 ,从而得到永久性改良效果。试想 ,把这种生物技术应用于木材改良 ,将为木材改性提供一条全新的思路。首先按照木材用途制定出明确的木材质量指标要求 ,然后根据木材材质性状的遗传控制规律找出这些材质性状的控制基因 ,最后利用现代生物技术改造或设计出新的优良基因。在优良基因的控制作用下 ,树木生长出具有优良材质性能的木材 ,并且由于树木的遗传特性使木材的优良材质性能得以世代相传 ,从而获得永久性材性改良效果。这就是所谓材性遗传改良方法。显然 ,这种材性的遗传改良将是一种治本的方法 ,而且 ,它具有超前设计的思想。这是对传统木材改性技术的根本性的变革。木材材性的遗传改良若能实现 ,必将具有十分诱人的前景。
3. 2 木材遗传改良的哲学考证
遗传与变异是生物界的普遍现象 ,是自然界最普遍的规律之一。所谓遗传就是生物性状的不变性 ,也就是子代对亲代的继承性
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