改性)是壹種環保型木材物理保護技術,利用蒸汽、惰性氣體、油、水等。作為導熱介質,在160 ~ 250℃對木材進行短期熱解處理。木材的高溫處理可以引起木材成分的物理和化學變化,從而提高木材的尺寸穩定性、耐久性和顏色。熱處理後木材性質的變化很大程度上取決於木材品種和工藝條件的差異。
在最近的10年裏,荷蘭、法國、德國和芬蘭在歐洲。實現了木材炭化技術的工業化應用。此外,日本、加拿大等國家以及中國臺灣省也對炭化木進行了各種研究,並取得了壹定的成果。
木材碳化原理
木材炭化主要作用於半纖維素、纖維素的無定形區以及連接纖維素和半纖維素的氫鍵。
比如我們把木材加熱幾個小時到175℃左右,在厭氧條件下,半纖維素部分降解,羥基等親水結構減少,木材對濕度的穩定性增強;隨著結晶率的增加,木材的尺寸穩定強度增加;木質素網狀體橫向連接的增加也增強了木材的穩定性和強度;過程中產生的甲酸、乙酸和酚類化合物可以延緩腐爛,延長保質期。
當然,具體的工藝流程(溫濕度曲線)每個廠家都有自己的標準,需要多次試錯和總結。
加熱的溫度、濕度、時間要非常準確:溫度超過纖維素、半纖維素的玻璃化後,時間長了,它們在大量降解後容易出現強度下降等負面情況;同樣,氫鍵的過度減少也會降低整體強度。
碳化對木材性能的影響
1.密度降低
主要來自半纖維素的部分損失。大多數研究表明,降解5-8%的半纖維素幾乎不會犧牲結構強度。
2.增加強度
在適當的溫度下碳化,木材的強度會增加,但過度和過熱的碳化會降低強度。
3.水含量減少了
所有木材都會吸收大氣中的水分,平衡含水率(EMC)與相對濕度和內部結構有關。炭化過程中,由於羥基等親水基團的部分喪失,木材吸水能力降低。
因此,炭化木材不僅在給定的相對濕度下EMC較低,而且隨著相對濕度的增加,EMC的增加量也會減少,所以木材不易發生體積的膨脹和收縮。
從上圖可以看出,炭化木對濕度的敏感度明顯降低,賦予了其更好的穩定性。
炭化可以提高木材的尺寸穩定性,消除或釋放木材的內應力,因為半纖維素,尤其是多糖醛糖苷,經過化學變化後成為弱吸濕性單體;此外,纖維素分子鏈中的羥基相互結合形成氫鍵。
加深顏色
從上圖可以看出,隨著炭化溫度的升高,顏色越來越深。炭化木的顏色變化主要是由化合物的變化以及半纖維素、木質素和壹些提取化合物的降解引起的。
5.抗腐蝕能力提高
炭化能提高木材防腐性能的可能原因是:炭化過程中,木材的成分發生了變化,切斷了真菌生存所需營養物質的來源;同時,含水率的降低抑制了真菌的生長,提高了耐腐蝕性。