炭化木的基本概念及改性原理
什么是炭化木
炭化木是我國木材工業(yè)及其流通領域對超高溫熱處理木材的俗稱。其基本概念是用160-230℃(常用180-215℃)介質加熱處理木材,改良木材的品質,降低木材的吸濕性和吸水性,提高尺寸穩(wěn)定性、生物耐腐性和耐氣候性,從而制成一種性能優(yōu)良、顏色美觀且環(huán)境友好的木材產品。確切的說“炭化木”應稱為超高溫熱處理木材或熱改性木材,國外稱為Thermal Modified Wood或Heat-Treated Wood。
木材熱改性的原理
木材是由半纖維素、纖維素、木素和少量抽提物組成。半纖維素的耐熱性能較差,在高溫作用下,它首先降解,生成游離醋酸,而釋放的游離醋酸作為一種催化劑,又加速了半纖維素降解成糖類。故而加熱后,木材中半纖維素含量顯著減少,且隨著半纖維素的降解,吸濕性的羥基顯著減少,從而木材的吸濕性降低,尺寸穩(wěn)定性提高。此外,游離醋酸的生成,又使腐朽真菌喜愛的食物顯著減少,因而從食物鏈上抑制了腐朽真菌的生長。
纖維素是以結晶區(qū)和無定形區(qū)共存的長分子鏈結構。纖維素吸濕性的大小,取決于無定形區(qū)德大小和有力羥基的數量。木材加熱時,游離醋酸的生成,又降解了無定形區(qū)中纖維素的微纖絲,使無定形區(qū)減少,使纖維素的結晶度和晶體尺寸增大,這也降低了木材的吸濕性,增加了尺寸穩(wěn)定性。
木材中含有的少量抽提物是低分子物質,有樹脂酸、萜類化合物、脂肪、蠟、單寧、酚類化合物等。木材加熱時,大多數抽提物揮發(fā),也使腐朽真菌的食物減少,從而提高了木材的耐腐性。此外,樹脂等化合物的揮發(fā),也改善了木材油漆和膠合性能。