木材是植物性原料 ,具有明显的生物特性 ,如组织不均匀、材性不一致 ,易受虫、菌侵蚀 ;因水份蒸发引起干缩、变形、开裂、翘曲等。为避免和减少由于这些变化而引起的木材质量的降低就应科学合理地保护木材。
“木材改性”是通过对木材防腐、防虫、滞火、尺寸稳定等保护处理 ,提高木材应用范围 ,延长木材的使用寿命 ,减少森林资源的消耗。木材改性系采用物理、化学或两者兼用的方法处理木材。世界各国木材科学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 ,随着科学技术的发展 ,木材的化学改性得到了迅猛的发展。
木材的化学改性系指采用某些化学药剂 ,在有催化剂存在时与木材组分纤维素、半纤维素和木素中的活性基团发生反应形成共键联结 ,改变了木材的化学结构与化学组成 ,改善或提高了木材的某些特性。
纤维素、半纤维素和木素分子上的游离羟基是化学反应最活泼、吸湿性最强的基团 ,与所选择的化学药剂发生反应形成醚键、酯键或缩醛联结 ,封闭了羟基 ,从而改变了木材的亲水性。水是木腐菌必不可少的代谢物质 ,而通过某些化学改性可以使木材的吸湿性降低 ,有助于保持木材干燥后的含水率 ,断绝微生物所需要的水分。用来改性的化学药剂不一定要对微生物有毒性 ,但是由于它们与木材的作用 ,使木材再不能成为维持微生物生长的基质 ,因此采取这样的方法处理的木材 ,一般来说 ,力学强度、体积稳定性和耐候性均有不同程度的提高。处理后的木材应保留未处理材所固有的优点 ,对胶合、油漆、钉着及加工性能无不利影响。
化学改性方法很多 ,关键在于根据防腐目的筛选适合的化学药剂 ,所选择的化学药剂应符合下述条件 :能与木材组份上的羟基发生化学结合 ;不腐蚀设备 ,对人畜无毒 ;反应条件温和 ,不使木材降解 ;具疏水性 ,结合稳定 ;能够膨胀木材结构 ,增加渗透性 ;不破坏原木材固有的优良性能及药剂价格低廉等。
化学改性木材的工艺过程和所需用的设备与目前各防腐厂所使用的基本相同 ,可充分利用现有的生产条件投入工业生产。近年来使用的化学改性木材的方法如下 :
１交联处理
采用一些有机化合物注入木材 ,将具有线型结构的纤维素分子链以新的化学键联结 ,使之形成三维网状结构的反应称为交联作用。交联反应能使木材的物理及化学性质有所改变。常用的交联剂有 :①甲醛交联剂 ,以甲醛处理木材 ,则在纤维素分子间形成亚甲基键交联 ,使纤维素分子的游离羟基被封闭 ,减少了吸湿性有助于保持干燥木材的含水率 ,当木材含水率低于纤维饱和点 ,尤其在２０ %以下时 ,木腐菌的生长受到限制。此外 ,由于木材内产生甲醛的聚合物 ,这种聚合物对木腐菌具有毒性。甲醛交联剂既可使木材的体积稳定性提高又可增加木材的防腐能力。②五氧烷类交联剂。这类药剂能使木材结构膨胀 ,易于渗进木材 ,在１２０℃温度以下和弱碱性催化剂作用下 ,与木材分子的羟基反应 ,形成稳固的共价键 ,提高木材的耐磨性能。常用的环氧烷类交联剂有环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷等 ,常用的催化剂有三甲胺、三乙胺等。这类交联剂与木材组分的羟基反应以下式表示 :
③异氰酸脂交联剂。常用的有异氰酸乙脂、异氰酸丁脂、异氰酸苯脂等。这类化合物对木材的膨胀作用较小 ,所以在处理时加用膨胀剂。二甲替甲酰胺率先打开木材结构 ,有助于药剂渗入木材和发生反应。
２乙酰化和氰乙化处理
采用乙酐处理木材 ,可使木材组分上的羟基全部或部分被封闭 ,结果使木材的吸湿性降低 ,易处于干燥状态 ,并使木材的耐腐耐蛀和耐候性提高。处理时应以吡啶为催化剂或不用催化剂而将乙酐以芳香烃或氯化烃稀释。
氰乙化处理是以丙烯腈为反应剂 ,在碱性条件下处理木材。处理后木材的防腐效果与药剂在该木材中的留存量成正比。当这些药剂注入木材使木材量增重１７ %～２５ %时能达到良好的防腐效果。
异氰酸脂处理工艺 :
异氰酸化反应。异氰酸化是用异氰醋酸与木材中的羟基反应 ,生成含氮的酯来达到木材尺寸稳定化的目的。反应方程式如下反应所用的催化剂是发挥性的有机胺 ,如二甲基甲酰胺（ＤＭＦ）。所谓异氰酸酯是各种脂的总称 ,有一异氰酸脂（Ｒ -Ｎ＝Ｃ＝Ｏ）和二异氰酸酯（Ｏ＝Ｃ＝Ｎ -Ｒ -Ｎ＝Ｃ＝Ｏ）。
３树脂浸注处理
木材在水溶性低分子量树脂的溶液中浸渍时 ,树脂扩散进入木材细胞壁并使木材增容（Ｂｕｌｋｉｎｇ） ,经
干燥除去水分 ,树脂由于加热而固化 ,生成不溶于水的聚合物。目前已有许多不同类型的树脂成功地在木材细胞壁内聚合 ,如酚醛树脂、脲醛树脂、糖醇树脂、间苯二酚树脂等 ,其中使用最成功的是酚醛树脂 ,它具有比脲醛树脂的抗缩率和耐老化性能好 ,比糖醇树脂在干燥过程中化学药剂损失小的优点。用于浸渍木的酚醛树脂 ,目前基本为Ａ阶段树脂（即甲阶酚醛树脂） ,这种树脂的固体含量为３３ %～７０ % , ｐＨ值为６．９～８．７。
据资料介绍 ,美国长叶松、花旗松木材采用苯酚树脂脲醛树脂浸注 ,然后经过加
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