第一章 木材改性
木材学PPT课件
④有良好的触觉特性、调湿特性、可居住性；
⑤有鲜艳色泽与美丽花纹，装饰效果好; 是可以再生的绿色环保资源。 (2)缺点:①变异性大,而且其制品尺寸不稳定; ②容易腐朽、虫蛀及燃烧; ③常具一些天然缺陷而影响使用。
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四.木材科学研究的发展方向
1.人工林木材性质与加工工艺研究。 2.木材性质与林木良种选育和营林措施关系研究。 3.木材功能性改良和木材高效利用的研究。 4.木材、人类和环境的协调性研究。 5.珍贵和欠知名树种材性的研究。 6.生物技术在林木培育和木材加工的应用研究。
狭义(Timber)—指可用于建筑、结构方面的木质材料,多 少经过加工或制成一定规学:指研究木质化天然材料及其衍生制品的生物学、化 学、物理力学以及为木质材料的加工利用技术提供科学依据的一门科学。 (IAWS1984年会章) (2)狭义木材学:指研究木材的结构、性质、缺陷和性能改良理论等 的一门科学。
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二.我国森林资源与木材利用状况
1.我国森林资源现状： 根据第六次森林资源清查数据 （1999～2004年） 森林覆被率18.21%；为解放初期的8.6％的3倍。 林业用地面积2.67亿hm2，森林面积1.75亿hm2， 占世界森林面积4.5%，排列在世界的第5位。但人均 才0.132 hm2,不足世界平均的25%，居世界134位。 活立木总蓄积136.2亿m3;森林蓄积量124.6亿 m3， 占世界森林蓄积量3.2%，排列在世界的第6位。人均 森林蓄积量9.4 m3，不足世界平均的16.7%，居世界 122位。
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内容提要
本课件重点介绍树木生长与木材生成,木材细胞形成与 胞壁结构,木材宏观构造与识别,针阔叶材显微构造特点与 变异,木材缺陷与木材品质,竹材构造与利用。叙述简练,深 入浅出;图文并茂,直观易懂。适用于林业大中专院校木材 学的多媒体数学,也适用于师生自学参考。
木材的改性
8.5.1.3
压缩木
• 压缩木的应用：
压缩木壁炉燃料
压缩木免熏蒸托盘
8.5.1.4
强化木
• 强化木制品：
采用低熔点合金以熔融状态注入木材细胞壁中，冷却硬化后和木材 共同构成的材料成为强化木
• 强化木制品的一般过程：
• 制备要求：
强化木制备所使用的合金的熔点不能太高
• 一般过程：
将拟处理的试材抽真空，然后注入熔融的合金浸没试材，恢复常 压，再加压，使熔融合金进去注入木材孔隙内，最后恢复常压， 冷却
8.5.1.5
塑化木
• 塑化木制品：
塑化木是通过浸渍的方法，将乙烯基单体浸注到木材中， 通过引发剂引发、热引发或辐射引发，是乙烯基单体固化， 填充木材的孔隙或接枝到木材分子上，得到制品 塑化木是一种同时具备木材和塑料属性的复合材料
• 塑化木的性质：
改善了木材的尺寸稳定性和木材的一部分力学性能。
8.5.1.5
机制也有所不同
4. 甲醛处理：
甲醛实现木材尺寸稳定的机制：在催化剂作用下，甲醛先同木材非 晶区中的一个木材分子上的羟基发生半缩醛化，再与另一个木材分
子上的羟基发生缩醛化反应，最终两个木材分子形成一个亚甲基醚
架桥，同时封闭了亲水性羟基，实现稳定性的改善
木材的改性
• 木材的改性内容：
1. 木材的强化
2. 木材尺寸稳定化
木材的改性
• 木材的改性内容：
1. 木材的强化
2. 木材尺寸稳定化
3. 木材软化处理 4. 木材防腐 5. 阻燃 6. 颜色处理
8.5.1
木材的强化
• 概念：
用物理或化学或两者兼用的方法处理木材，处理 药剂沉积填充于细胞壁内，或使木材组分发生交 联，从而使木材密度增加、强度提高的过程。
木材保护与改性(杨进) -
姓名：杨进班级：木工13-2班学号：20131423木材保护与改性的目的和意义随着科技进步和社会发展，人类对木材的需求量越来越大，应用的范围越来越广，要求的品质也越来越高。
但是，我国森林资源匮乏，加之木材固有属性，使木质材料在产量和应用领域难以满足日益增长的市场需求，木材的保护与改良赋予其新更优越的性能，拓展其使用范围与发展前景。
木材的用途随木材的性质特性而改变。
木材的加工较为容易并且装饰性较强，所以一直作为人类重要的建筑材料，并且木材还广泛应用于家具，室内装修各个方面。
木材雕刻品也在市场上占有举足轻重的地位，也赢得更多收藏家的喜爱。
木材对人类的重要性由此可见。
木材的种类与使用功能很多，作为现代很受欢迎的一种材料，相比于其他的建筑装饰材料，木材有它独具的优越性，但也有很多的缺点。
木材的优点有：易加工、强比重高、持续性可再生、热绝缘与电绝缘性好、能引起亲近感的颜色、花纹与光泽、对紫外线的吸收和对红外线的反射作用；木材的缺点有：具有湿胀干缩性、可燃烧性、易病性和具有天然缺陷。
腐蚀、虫蛀、变色和天然结节在木材中非常常见，所以木材的保护和改性在现代生产生活中就尤为重要。
木材保护方面包括林木资源及其资源的合理和高效利用，木材、人类与环境三者之间的关系，木材性能的改变与提高这三方面。
木材改性是改善或改变木材的物理、力学、化学性质；包括木材漂白与染色、木材防腐、木材防虫、木材阻燃、木材强化，木材尺寸稳定性和耐候性的改变等。
目的是为了提高木材的天然耐腐性、耐虫蛀、耐酸性、耐碱性、阻燃性、力学强度和尺寸稳定性。
并且发展木材保护和改性技术，是推动林产工业科技创新、产业升级、发展循环经济的重大举措。
当前我国木质资源的特点及应用现状有以下几点：一是木材资源量低，短期供应量小；二是发展模式粗放，资源利用率低、附加值低，造成了一些地方林业资源的极大浪费和区域生态系统的破坏；三是国内林产工业无法充分满足国内经济社会发展对优质木材料的实际需求。
木材改性 知识要点整理
木材改性知识要点整理1.1 概述1.2木材的微生物降解1.微生物的繁殖和传播（1）繁殖子实体→孢子→菌丝→菌丝体→子实体（2）传播：空气传播土壤传播昆虫传播带菌木材传播2.微生物生长繁殖的条件（1）营养物质：①木腐菌：木材细胞壁物质→单糖（注意：并非所有树种的木材都适合于作为养料原因是…）②霉菌和变色菌：边材含的低聚糖、淀粉。
（2）水分：①木材含水率﹤20%→干燥木材或者木材含水率﹥100%→水存木材，均可抑制微生物的降解。
②最适宜的含水率范围：35%—60%。
小结：湿千年，干万年，不湿不干一、二年。
（3）温度：真菌只在一定温度范围内生长，并有其最适生长温度、最高和最低生长温度；最适生长温度：25～40℃；温度﹥45℃或﹤10℃，真菌的生长受到抑制；温度﹥50℃热处理合适的时间，均可杀灭菌源。
（4）空气：大多数真菌是好氧菌，需要空气才能生长。
真菌生长发育的最低空气量：为木材体积的5%。
因此，致密的木材内如果含水率很高，木材内就缺乏空气，真菌的生长受抑制。
（5）酸度：木腐菌一般喜弱酸性介质（pH=4.5~5.4）。
3.木材的腐朽木材因木腐菌的侵入、分解，逐渐改变材质的颜色和结构，细胞壁受到破坏，使木材的密度、硬度、强度等物理、力学性质降低，最后变得松软易碎，呈筛孔状、海绵状、裂块状或粉末状等形态。
（1）白腐①特点：由白腐菌破坏木质素，同时也破坏纤维素和半纤维素，使受害材退色或呈白色纤维状的腐朽形态。
发生白腐时往往在材面上出现黑色或褐色细线。
木材仍保留原来尺寸和形状，材质变软。
②白腐材类型：筛孔状、层状、大理石状、海绵状腐朽。
③破坏方式：菌丝先从阻力最小的通道——细胞腔进入，而后按细胞壁S3层——S2层——S1层——P（胞间层）顺序进行破坏。
④破坏后分析，木素↓→碎片；纤维素、半纤维素↓→单糖；木材的韧性↓，其它强度下降少。
可以利用其进行生物制浆。
（2）褐腐①特点：1、引起木材褐腐的真菌为褐腐菌，由褐腐菌破坏纤维素和半纤维素，使受害材呈红褐色或棕褐色裂块状的腐朽形态2、褐腐木材的强度特别是抗冲击强度明显下降，材质发脆。
木材保护与改性2. Wood durability and Protection
The characteristics of Freshly felled logs and recently sawn lumber wood easy to be infected Do not deteriorate the cell walls of wood; Discolor wood surface and therefore, lower the aesthetic value Infection on wood Always cause severe human respiratory reactions if not ventilated. Often decrease wood toughness and increase permeability
Stain and mould fungi do not usually deteriorate the cell wall of wood but grow either on the surface or within the cell lumen Items Nutrition Mould fungi Sugars and starch within the lumen Stain fungi
(1) Physiological requirements for the growth of fungi
Condition Perfect
nutrition Cellulose,lignin, hemicellulose, starch ,sugar
water 30%
temperature oxygen pH value 20-32℃ ℃ little 4-6
Types of wood preservatives
木材改性综述
木材改性的发展历史及现状摘要：本文对国内外木材工业现状存在的问题以及入世后木材工业要面临的形势等进行了分析。
同时也对木材改性的背景、方法及意义进行了阐述，重点介绍了热改性、乙酰化、糠基化改性以及压密化和热处理组合改性的基本原理和工艺及其对木材改性的影响；分析了这些改性方法的应用现状及工业化应用前景，并提出提高木材利用率，更新产品结构，发展生产技术，技术与环境相协调等发展方向及其今后需要着重研究的关键问题。
关键词：木材改性技术现状发展方向The development history and Present situation of WoodModificationAbstract:In this paper, the present situation of domestic and international woodindustry and wood industry after wto accession to the situation facing the etc are analyzed.Also wood modification on the background, methods and significance are expounded, mainly introduces the thermal modification, acetylation, furfuryl modification and pressure and heat treatment and the basic principle of combination of modified process and its impact on the modification of wood; Analyzes the present situation of the application of the modification methods and application prospect of industrialization,And put forward for improving the utilization ratio of timber, update the product structure, the development of production technology, technology in harmony with the environment, such as the development direction and the need tofocus on the key issues in the future.Key words：wood modification technology Present situation Development direction1 引言我国是世界上木材及木制品的主要消费大国,但又是人均占有木材资源最少的国家之一。
木材的化学改性中的乙酰化处理
3)产品净化 乙酰化反应完成后，需回收反应罐中残留的乙酸酐及副产品乙酸。可通过对罐体抽真空，同时加热至120~ 130°C;也可用清水漂洗，将酸酐转变为酸后，排除酸液，随后再干燥木材。
2、乙酰化处理对木材性质的影响
1)尺寸稳定性 乙酰化木材中的羟基数量减少，故木材的平衡含水率和纤维饱和点皆降低，尺寸稳定性改善。
目前乙酰化木材在细木工制品、外墙板、甲板(盖板)、民用建筑构件，及重载木结构桥梁(跨度达40 m)等领域均工艺较复杂，生产成本高，较难大量推广和应用。
除乙酸酐外，马来酸酐、琥珀酸酐、羧酸、异氰酸、环氧化物、烷基卤化物、醛类类等均可用于木材的化学改性，但相关研究有待深入，实用价值有限。
1)干燥和预处理 木材细胞壁中的水分，有利于反应介质对木材的渗透;但含水率过高，会导致反应介质的损失。工业生产中，常将木材干燥至含水率3%~7%，同时用汽蒸预处理，以改善木材的渗透性。
2)乙酰化 在反应罐中添加一定量的乙酸酐漫泡木材，然后加热至100~140 °C。浸泡和反应时间愈长，木材增重率愈大，性能改善越显著。
4)耐气候性 乙酰化可改善木材在室外的颜色稳定性，减少木材的光照发黄;但乙酰化的光保护效果，随改性材暴露时间延长而下降。
3、乙酰化木材的应用
荷兰Titan Wood公司于2003年实现乙酰化木材工业化生产，产量3万m3 la，并计划在亚洲|建立年产30万m3的乙酰化木材生产线。我国科研机构、高校对木材乙酰化均有研究，但尚未工业化生产。
2)生物耐久性 乙酰化木材的生物耐久性显著提高，且随乙酰化木材增重率的增加，其耐腐性进一步提高。其原因是乙酰化木材的含水率很低，且细胞壁的微孔被堵塞，因此不易受腐朽真菌侵袭。
3)力学性能 与对照材相比，乙酰化木材的MOR和MOE增减幅度在8%以内时，乙酰化处理对木材力学强度无显著影响。
木材改性的基础与理论模式
优 质 材在 世 界 范 围 内出现 了严 重 缺 将 日本 在 术 材 改 性 方 面 的 研 究 为 主 理材的体积嘭胀 （ 收缩） 系数 。 （ 德、法等少数 国家除外） ，世界各国 兼 顾 世界 其 他 国家 的 研究 情 况 介绍
残废材 的开发 和利用。术 材科 学改性 评 指 正 。
业 化 ，并 展 示 了 良 好 的 应 用 前 景 。 随 性 木 材 的 性 能 进 行 研 究 ，发 现 高 聚 物 （ ＲＷＡ） 、抗吸湿率 （ Ｅ 、抗蠕变 ＭＥ ） 着 纳 米技 术 、 生物 技 术 等 的 飞跃 发展 ， 在木材细胞壁中较在细胞腔 中对 尺寸 率 （ Ｅ ＡＣ ）等 ，另外 ，还可以用类似
木 材 是 ・ 优 良的天 然 材料 ， 有 术 材 改性 技 术 也必 将得 到 进 一 步 发展 。 稳定性的贡献要高得多。 种 具
其他材料无法 比拟的特性： 比强度高 ，
总 体 上 ，现 在 日本 在出 了下 面 的 式 子
加 工 容 易 ， 电绝 缘 性 ． 隔热 性 、 隔 音 面的研究与应用方 面处于世界领先水 来 衡 量 各 种 处 理 对 木 材 尺 寸稳 定 性 的 性 好 ，视 觉 特 性 、蚀 觉 特 性 、听 觉特 平 ， 虽 然 日本 的 学 者 也 承 认 Ｒ ． ． 贡献 ，或者说来评价 改性术材的尺寸 Ｍ 性 、嗅 觉 特 性 及 环境 调 节 特 性 好 ， 价 Ｒｏ ｅ １ 该 领 域 的 领 袖 （ ． ． 稳 定 性 ｗ １ 是 Ｒ Ｍ 格 便 宜 等 ，自古 为 人 类 所 使 用 。 过 ， Ｒ ｗｅｌ 不 ｏ ｌ 也有很 多研究是和 日本学者台 木 材 也 存 在 着 易燃 易 腐朽 、 尺 寸稳 作完成的 。 。日本在术材的塑化 ． 。 ） 液
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§1-3 物理方法的尺寸稳定处理
一、防水处理 所谓防水处理包括两个方面： 1、抗湿润，抗浸透性能的耐水处理； 2、仅抵抗湿润性能的憎水处理 憎水处理的要点是： 1、混合型憎水剂的处理效果优于单一型 2、憎水处理剂中含石蜡浓度愈大，其防水性愈好 3、憎水处理材用于室外时，其含水率受环境变化的
尺寸稳定和与此有关的评定指标较多，这里介绍的是 最常用的。 （1）抗胀缩率（ASE）
在试件处理前，按GB1931-91《木材含水率测定方法》第 4-5条规定，将其烘至绝干，称重，精确至0.0001g。每个试 件称重后，立即测出弦向、径向和顺纹方向尺寸，精确至 0.001mm，然后将测量后的试件放置于温度20±2℃，相对
方法
物理法
化学法
具体方法
1.在锯解时尽量做到尺寸变化小； 2.．根据使用条件进行润湿处理 3.纤维方向交叉层压综合平衡：a．垂直相交��胶合 板、定向刨花板，b .不定向组合;刨花板、纤维板； 4.覆面处理：a 外表面覆面;涂饰、贴面，b、内表面覆面;浸 注性担水剂处理、木塑复合材； 5.填充细胞腔：a．非聚合性药品;一聚乙二醇处理，b．聚 合性药品;制造木塑复合材； 6.细胞壁的增容：a 非聚合性药品;聚乙二醇、各种盐及糖 处理，b 聚合性药品;酚醛树脂处理
氧乙烷加成处理
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WPC处理、酚醛树 脂处理
聚乙二醇（PEG）处理为A-2，5；B-8 乙酰化处理为A-5，B-6 甲醛处理为A-4，B-2，3 马来酸处理为A-4，B-4，7 马来酸-甘油（MG）处理为A-5；B-5，7 热处理为A-4；B-2 WPC处理为A-5，6；B-6，9 酚醛树脂处理为A-5，B-4，6，9 异氰酸酯处理为A-5；B-4 无机物复合处理（如：阻燃浸渍处理）为A-5；B-
8 环氧乙烷加成处理为A-4；B-7
二、处理机理
为了改善木材的尺寸稳定性，降低其吸附点—羟 基，或使之失去吸附能力，或部分地使分子交联 固定。
§1-2尺寸稳定化的分类和评定指标
一、尺寸稳定化的分类 根据化学药剂是否与木材细胞壁组分发生化学反应的观点，
将尺寸稳定处理为物理法和化学法两大类。但就处理的实 质而言，物理法中常包含化学因素，而化学法亦不乏物理 作用，很难截然分开。 二、尺寸稳定化的评定指标
湿度65%的密闭容器中进行吸湿处理，吸湿15昼夜后再测 量重量和各向尺寸，可得素材的吸湿率和湿胀率。在此之 后，将试件进行改性之后，处理后的试件再按上述方法进 行烘干、称重、测量各向尺寸，吸湿，再称重，测定尺寸， 得处理材的吸湿率和湿胀率，之后即可求出改性材的抗胀 （缩）率和阻湿率。
吸湿率按下式计算：
些化学药剂。
模型解析 A、尺寸稳定化处理细胞横断面
●●● ●●● ●●●
●●● ●●● ●●●
1
2
聚乙二醇（PEG）
′′′′′′
′′′′′′
′′′′′′
′′′′′′
′′′′′′
4
甲醛、马来酸、热处 理、环氧乙烷加成处
理
′′′′′′ ● ′●′′′′′ ● ● ′●′′′′′ ● ● ′●′′′′′ ●
′′′′′′
5
聚乙二醇（PEG）、乙酰化 处理、马来酸-甘油（MG）、 WPC处理、酚醛树脂处理、 异氰酸酯、无机物复合处理
3
′′′′′′ ● ′●′′′′′ ● ● ′●′′′′′ ● ● ′●′′′′′ ●
′′′′′′
6
WPC处理
B、细胞壁非结晶区的纤维素分子链模型
ea
d
c _o o_
d
b
_ ●_ ●_
抗胀（缩）率（ASE）按下式计算： ASE=（S0-S1）/S0×100%
式中：ASE ——处理材的抗胀（缩）率，% S1——处理材的体积膨胀（收缩）率，% S0 ——未处理材的体积膨胀（收缩）率，%
阻湿率（MEE）按下式计算： MEE=（X0-X1）/X0×100%
式中：MEE ——处理材的阻湿率，% X1——处理材的阻湿率，% X0 ——未处理材的阻湿率，%
影响不大，因而尺寸稳定性好。
二、防湿处理
防湿处理最常用的方法是在木材表面涂饰涂料或 胶贴贴面材料。此上还有将憎水材料溶解于挥发 性溶剂中制成流动性好，粘度低的溶液注入木材 内部，待溶剂挥发后拒水材料留存于木材内表面 上，这种方法称之为内表面覆盖。
这两种方法具有方法简便，费用低廉的优点，但 这种表浅的物理处理，其防湿和拒木功能不高， 保持时间不长。
§1-1木材尺寸稳定性机理
一、处理原则
木材尺寸稳定化处理的原则是在保持木材原有优 良性质的前提下，改变其吸湿和干缩湿胀性能， 木材的干缩湿胀是由于木材含水率的变化而引起 的。它发生在纤维饱和点以下。
木材尺寸稳定化处理有两种处理方式： 1、处理仅限于细胞壁内纤维素的非结晶区部分； 2、细胞未经处理，仅仅是细胞腔内充填，沉积某
增重率（WPG）按下式计算： WPG=（W1-W0）/W0×100%
式中：WPG ——试件的增重率，% W1——处理后试件的绝干重，g W0 ——处理前试件的绝干重，g
增容率（BE）按下式计算： BE=（V1-V0）/V0×100%
式中：BE ——试件的增容率，% V1——处理后试件的绝干体积，mm3 V0 ——处理前试件的绝干体积，mm3
_●～●_
a
e
1
2
3
甲醛、热处理
甲醛
_●_●_●_
○
_●_●︱_●_
_●_● ○_
4
马来酸、异氰酸 酯、酚醛树脂处
理
_●_●_○ ○_
5
6
马来酸-甘油（MG）
乙酰化处理、WPC处理、酚 醛树脂处理
● _○○_ _○○_
_○ ●G）、环
聚乙二醇（PEG）、无机物 复合处理
X=（M1-M0）/M0×100% 式中：X ——试件的吸湿率，%
M1——试件吸湿后的质量，g M0 ——试件的绝干质量，g 体积膨胀（收缩）率按下式计算：
S=（V1-V0）/V0×100% 式中：S ——试件从绝干到吸湿时的体积膨胀率，%
V1——试件吸湿后的体积，mm3 M0 ——试件绝干时的体积，mm3