木材功能性改良技术是针对木材在使用过程中存在的缺陷和不足而进行的改良措施 ,内容包括 :防生物危害、阻燃、尺寸稳定化、强化或软化、染色和漂白等 ,其特点主要是利用具有某种性质的化学物质处理木材 ,使其达到所要求的目的。国外对木材功能性改良的研究已有较长的历史 ,我国起步较晚 ,尤其是染色、漂白、强化等的研究更是迟于国外。随着国际间科学技术的交流 ,我国在该领域的研究也逐步活跃起来。现在 ,不仅是科研院所、高等院校 ,就连企业界对木材功能性改良技术也都给予以高度重视。此外 ,因杨木、杉木、马尾松等速生人工林木材正成为我国主要的工业用材树种 ,而人工林木材自身存在的不足 ,给企业的生产和销售带来许多问题。因此 ,对改性技术的需求越来越强烈和迫切。
随着社会的不断发展 ,人们对居住条件、生活环境要求越来越高 ,木材作为一种重要的建筑、装饰和装修材料将越来越多地发挥着重要作用。我国目前对木材功能性改良研究的深度和水平还未达到能生产出满足社会需求的产品的程度 ,因此有必要对我国木材功能性改良技术的发展方向进行探讨。
1 多功效性[1 , 2 , 3]
多功效性是指用一种改性剂处理木材 ,使木材兼具几种 ,如防生物危害、阻燃、尺寸稳定、增强木材的力学性能等功能。因为易燃、易受生物危害、尺寸不稳定是木材“天生”所具有的缺陷 ,木材不论以何种形式使用时 ,这种缺陷依然存在。有时三者同时表现出重要性 ,有时则阻燃最重要 ,防生物危害次之 ,或者相反。但不论是阻燃还是防生物危害都离不开尺寸稳定性问题 ,因为无论阻燃或防生物危害效果多么突出 ,只要尺寸稳定性差 ,产品的最终使用性能也难以保证 ,应用将会受到限制。最早的木材改性大多是将三者孤立起来对待 ,开发的改性剂仅具有单一效果 ,阻燃剂只提高木材阻燃的效果 ,防腐剂只能防止菌虫的危害 ,尺寸稳定剂只能提高尺寸稳定性。随着人们实践经验的不断丰富 ,尤其是近十年来 ,人们逐渐意识到木材阻燃、防生物危害、尺寸稳定性问题是不可分割的 ,三者存在相互影响、相互制约的关系 ,改性剂的开发应逐步向同时具有防生物危害、阻燃和尺寸稳定化的“多功效性”方向发展。
由于世界性的天然林资源的枯竭 ,大量工业用材资源由天然林转向人工林。我国自 60年代以来即开始大面积营造人工林 ,全国现有成林的人工林面积为3 42 5万 hm2 ,蓄积量已经超过 7亿 m3。由于最初营造人工林时只注重木材产量而忽略了材质问题 ,使得人工林木材应用出现难以适应市场的现象。例如 ,南方几省盛产杉木 ,由于杉木木材软而脆等力学性能问题 ,使人工林杉木的应用受到限制。因此 ,对人工林木材而言 ,除了防生物危害、阻燃、尺寸稳定化等以外 ,提高其力学性能也是木材改性的一项重要内容。木材改性剂不仅要具有防生物危害、阻燃、尺寸稳定性好 ,而且还要能提高木材的力学性能。在科学技术日新月异的今天 ,加之前人积累的成果以及相关领域的研究成果 ,为我们创造了良好的基础条件。
2 环保问题
环境保护是当今社会的一大热点问题 ,人类的健康和环保意识大大加强。近年来 ,随着房改的深入发展 ,越来越多的家庭拥有自己的住房。为美化居住环境 ,室内装修及家具业迅猛发展 ,大量的木质地板、木质家具、木质装修材料涌入家庭 ,成为人们生活环境的主要构件。由于这些材料大都与人直接或间接接触 ,经功能性改良之后是否对环境、对人类有危害成为注目的焦点。
到目前为止 ,木材功能性改良技术还主要依赖化学物质的作用。有些化学物质本身带有毒性 ,有些物质虽然不带毒性 ,但在外界条件作用下可以放出有害物质。例如 ,木材防生物危害 ,一般都是以含铜、砷、铬的化学物质防腐效果好 ,但是这些化学物质有的带有的毒性 ,对人、畜及环境危害比较大。因此 ,世界上许多国家和地区 ,如美国、欧洲、日本等大大减少了CCA、五氯酚钠 (Na PCP)等防腐剂的用量 ,有些地方已禁止使用。木材阻燃、木材尺寸稳定性的改善、木材染色和漂白、木材强化等等也同样面临着环保问题。木材阻燃原来以含卤元素的复合型阻燃体系的阻燃效果好 ,但是含卤化合物受热分解释放出毒性大的卤蒸气 ,构成二次危害。因此 ,现在正向无卤阻燃体系方向发展 ,以含磷、氮、硼元素的化合物代替卤素。环保问题的另一方面是改性材料废弃后的处理问题 ,国内外在这方面已有了不少的经验教训。例如 ,防腐油处理的铁路枕木废弃后的处理和再利用存在很多问题 ,包括能否再利用和是否还产生二次污染 ,这些都应在功能性改良处理之前加以考虑。当今社会需要无污染、无公害的产品 ,所以环境保护是木材功能性改良的一项不可忽视的重要内容。
3 功能持久性[3, 4]
功能持久性 ,即长效性是指经功能性改良的材料能长时间地保持其功能 ,不会因外界条件的作用而在较短的时间内失去所具有的功能。目前 ,木材功能性改良遇到的最大问题就是化学改性剂的流失。因为所用的化学药剂大多是水溶性的 ,经干燥处理去除水分 ,使化学物质留着
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