炭化木的基本概念及改性原理
什么是炭化木
炭化木是我国木材工业及其流通领域对超高温热处理木材的俗称。其基本概念是用160-230℃(常用180-215℃)介质加热处理木材,改良木材的品质,降低木材的吸湿性和吸水性,提高尺寸稳定性、生物耐腐性和耐气候性,从而制成一种性能优良、颜色美观且环境友好的木材产品。确切的说“炭化木”应称为超高温热处理木材或热改性木材,国外称为Thermal Modified Wood或Heat-Treated Wood。
木材热改性的原理
木材是由半纤维素、纤维素、木素和少量抽提物组成。半纤维素的耐热性能较差,在高温作用下,它首先降解,生成游离醋酸,而释放的游离醋酸作为一种催化剂,又加速了半纤维素降解成糖类。故而加热后,木材中半纤维素含量显著减少,且随着半纤维素的降解,吸湿性的羟基显著减少,从而木材的吸湿性降低,尺寸稳定性提高。此外,游离醋酸的生成,又使腐朽真菌喜爱的食物显著减少,因而从食物链上抑制了腐朽真菌的生长。
纤维素是以结晶区和无定形区共存的长分子链结构。纤维素吸湿性的大小,取决于无定形区德大小和有力羟基的数量。木材加热时,游离醋酸的生成,又降解了无定形区中纤维素的微纤丝,使无定形区减少,使纤维素的结晶度和晶体尺寸增大,这也降低了木材的吸湿性,增加了尺寸稳定性。
木材中含有的少量抽提物是低分子物质,有树脂酸、萜类化合物、脂肪、蜡、单宁、酚类化合物等。木材加热时,大多数抽提物挥发,也使腐朽真菌的食物减少,从而提高了木材的耐腐性。此外,树脂等化合物的挥发,也改善了木材油漆和胶合性能。