7保存与改性.doc

七、保存与改性木材是一种生物材料，如果没有得到合理的贮存，木材会腐朽、虫蛀或开裂变形；作为一种材料，木材也有它不尽人意的性质，适当采用一些物理、化学的手段，就可能大大改善木材的物理力学性质。如果想了解木材保存与木材改性方面的知识，敬请点击木材保存、木材防腐、木材阻燃、尺寸稳定化、木材软化、木材漂白七1、木材干燥木材干燥可以防止木材变形和开裂，提高木材的力学强度，改善木材的物理性能，预防木材腐朽变质，减轻木材的重量等。木材干燥方法可以总括分为天然（自然）干燥和人工干燥两大类。根据木材加热方式的不同又可分为对流干燥、电介质干燥、辐射干燥和接触干燥。对流干燥主要包括大气干燥、常规室干、除湿干燥、太阳能干燥、真空干燥（间歇式）等；电介质干燥包括微波干燥、高频干燥。辐射干燥主要指红外线干燥；接触干燥是使被干木材与加热物体表面直接接触，传导热量，蒸发水分。大气干燥简称气干，使天然干燥的主要形式。它是利用自然界中大气的热力蒸发木材的水分，达到干燥的目的。气干可以分为普通气干和强制气干。强制气干的干燥质量较好，木材不致霉烂变色，可以减少端裂，干燥时间较普通气干约可缩短1/21/3，但干燥成本约增加1/3。大气干燥的优点是：技术简单，容易实施，节约能源，比较经济，可以满足气干材的要求。另外如与室干、微波干燥等其他干燥方法相配合，还可收到缩短干燥时间、保证干燥质量、降低干燥成本的明显效果。缺点是干燥条件不易控制，干燥时间较长，占用场地较大，干燥期间木材易遭菌、虫危害，最终含水率只能干燥到与大气状态相平衡的气干程度。室干指在常规干燥室内人为地控制干燥介质的参数对木材进行干燥处理。室干按照干燥介质温度的高低不同，可以分为低温室干、常温室干及高温干燥。所谓低温、常温及高温，意指在干燥过程中介质温度可以分别达到5060、100及100以上的范围。低温室干周期较长，但能保证干燥质量，保持木材的天然色泽。常温室干对材性及颜色的影响较小，一般可以允许。高温室干可以分为以湿空气为介质的高温室干和以常压过热蒸汽为介质的高温室干两种。高温干燥周期较短，但对部分材性有影响，使木材表面变硬，不易刨削加工，严重时变脆、变焦，容易碰损，颜色变深，影响美观。应该根据被干木材的树种、厚度、用途、干燥室性能等条件，对上述三种室干进行正确应用。室干的特点是干燥质量好，干燥周期短（比气干快很多倍），干燥条件可以灵活调节，可以干到比气干程度低的任何最终含水率，装卸和运搬作业集中，便于实现机械化和自动化。缺点是设备和工艺较气干复杂，投资较多，成本较高。除湿干燥（冷凝干燥）与室干的区别是不将湿空气排出室外，而是流过除湿器，先经冷却使部分水蒸气冷凝成水而排出，空气变干，再经加热而后流入材堆，干燥木材。即湿空气是在封闭系统内作“冷凝加热干燥”往复循环。除湿干燥的优点是能够回收水蒸气的潜热，能量消耗显著低于常规室干，特别是在干燥过程的前期；干燥质量好，木材将等少，容易操作。缺点是干燥温度受到制冷剂的限制，一般较低，干燥缓慢，周期较长，特别是当含水率低于20%时；由于采用电能，能源成本较高；一般无蒸汽发生器，难以进行调湿处理。真空干燥（负压干燥）真空干燥是在密闭容器内、在真空条件下对木材进行干燥。按照作业方式可分为间歇真空法和连续真空法两种。前者按常压加热和负压干燥两个阶段间歇交替地进行，用蒸汽、热水、烟气、或电加热。后者是加热和真空同时连续地进行，用热板、薄膜、高频、微波实现加热。真空干燥的优点是在真空条件下水的沸点降低，木材内部压力较高，因而可以在较低温度下加快干燥速度，缩短干燥周期，保证干燥质量，特别适合于透气性好或易皱缩的木材，以及厚度较大的硬阔叶树材的干燥。缺点是设备复杂，容量较小，投资较大。太阳能干燥太阳能干燥是利用集热器吸收太阳辐射能加热空气，再通过空气的对流传热，干燥木材。太阳能干燥室可分为温室型和外部集加器型；又可分为主动式（即有贮热装置或辅助热源，少受或不受天气影响而能持续工作）和被动式（即只能在有日照时运转，受天气制约）。太阳能干燥速度一般比气干快，比室干慢，因气候、树种、集热器的结构和比面积、控制方法等而异。太阳能干燥的突出优点是节约能源，可以利用取之不尽、用之不竭的太阳能。与其他人工干燥方法相比，能耗较少，干燥成本较低；干燥降等较气干少，最终含水率较气干低，干燥质量较好。缺点是受气候影响较大，高纬度地区冬季干燥效果差，不能稳定供应干材量；设备投资与室干相仿，但干材产量却比室干少的多。高频与微波干燥是将湿木材作为电介质置于高频或微波电磁场中，在交变电场作用下木材分子极化，摩擦生热，干燥木材。木材干燥所用的高频频率为几到几十MHz，微波频率为915及2450MHz。微波干燥由于频率与高频干燥高，干燥效率也更好。高频干燥的应用趋向于联合干燥，如高频对流联合干燥，干燥修率也更好。高频干燥的应用趋向于联合干燥，如高频对流联合干燥，高频真空联合干燥等。高频与微波干燥的优点是木材内外同时加热，加热均匀，干燥速度很快，干燥时间很短，干燥质量很好，保持木材的天然色泽等。缺点是使用电能，电费较贵，部分材种干燥成本较高，设备投资也较大。加压干燥是将木材置于密闭容器内，在压力高于1个大气压、温度高于100的条件下干燥木材。室内压力可达0.25Mpa、温度可达148.99。这种干燥方法的特点是在高温条件下能够保持较高的平衡含水率，不易导致较大的含水率梯度和应力。加压干燥属于一种高温干燥，优点是干燥速度快，干燥周期短，能耗较少。缺点是干燥难干木材如胡桃、栎木等容易开裂。七2、木材保存木材保存主要指对原木进行合理的保存，避免原木在楞场保存期间，出现受菌、虫的侵蚀以及开裂变色等物理化学变化而引起的原木质量下降。由于原木的含水量对于原木发生开裂、遭受菌、虫侵蚀和变色等有密切的联系，因此目前多用控制原木含水率的方法来保管原木，方法有：水中贮存法、湿存法、干存法。究竟采用哪种方法来保管原木，取决于许多因素。主要从原木树种、材种、规格、质量、加工特征、用途、地理环境、气候条件和可存期限等来考虑。水中贮存法(不能贮存在海水中)利用原木水上作业区或制材车间前的贮水池来保存木材，可以短期保护流送来的木排或单根原木，也可以用长期淹没的方法来保存原木，以达到避免菌虫的侵蚀和开裂。湿存法是使原木边材保持高度的含水量，以避免菌、虫侵蚀与开裂。一般只允许贮存一年左右。该法最适用于新采伐的木材和水运到厂的木材。如果木材已经气干，或已遭受菌类寄生或开裂程度很大的原木，或在易生白蚁的南方地区，则不宜采用湿存法来保存原木。保存时应尽量保留树皮作保护层，塄堆要大些，原木间自由紧密堆紧，楞堆间的距离要缩小，并采取预防水分蒸发的措施或喷水、淋水。干存法是使原木边材含水量在短期内迅速降低到25%以下，其原木一般要进行剥皮，但为了减少边材水分蒸发过快而引起大量开裂和菌类侵入，在剥除树皮时应尽量保留韧皮层，作为保护层。原木两端水分蒸发快，容易发生端裂，为此原木两端各留1015cm的树皮圈，以及在端面涂防裂涂料。另外，楞堆应考虑到气流流动，其场地，如果能改造成干燥性的最好，雨季时，场地应加盖顶。化学处理保存法可作为原木的辅助保存方法，以减少虫、菌的危害程度和端裂。为此，对于湿存法、干存法，可在原木端面喷涂石蜡乳剂(10%)，或涂刷石灰、煤焦油，或聚醋酸乙烯乳液与脲醛树脂(30：70)、羧甲基纤维素钠与脲醛树脂等合成涂料，以防原木端部水分蒸发，减少端裂。在原木断面成膜；对楞堆喷洒防腐剂，也有一定的防腐效果，常用ZnCL2、CuSO4、ZnSO4、NaF、五氯酚钠等。另外，板材一般进行干存保管。原木经制材后，一般放在板院(锯材保管、自然干燥和调拨的场地)进行自然干燥，使含水率达到20%左右。锯材在板院要合理地堆垛，以锯材获得最良好的干燥，可靠的保存，并损坏最小。七3、木材防腐由于木材是一种生物有机材料，木材具备一下条件：木材含有多种菌、虫所需的营养物质，如可溶性糖分（大多存在于木材边材的细胞腔中）、淀粉（大多在边材）、蛋白质、脂肪、无机盐、半纤维素、纤维素、木素等；木材总含有水分；木材具有多孔性，木材中常存在各种裂纹；大多数木材呈弱酸性，等等。木材的这些条件，再加上其它一些外部条件，如合适的温湿度、空气、光线等条件，导致了木材容易受菌(包括真菌、细菌)、虫(各种昆虫、海生钻孔动物)的败坏。尽管木材本身具有一定程度的天然耐腐性和抗蛀性，但木材不同，这种天然耐久性差异很大，为了扩大木材的应用范围，延长木材的使用寿命，从而减少森林资源的消耗，就需要对木材进行防腐处理。所谓的木材防腐(wood Preservation)是利用对菌虫具有毒性的化学药剂，即防腐剂(preservatives)处理木材，使木材毒化，从而使木材具有抗生物败坏的性能。木材防腐是现代木材利用中的重要工业。在木材防腐中，防腐剂很重要。理想的木材防腐剂首先应该对危害或栖息木材的生物具有足够的毒性；另外，防腐剂必须有持久性和稳定性；在木材中有很好的渗透性能(permeability)；对金属无腐蚀性；无色、无嗅，不影响木材的胶着和油漆性，不降低木材的力学性质；使用安全，对人畜无毒或低毒，不污染环境；来源充足，价格低廉。实际木材防腐工业中的防腐剂大致可分为三类：油质防腐剂，油溶性防腐剂(有机溶剂防腐剂)，水溶性防腐剂。有人认为后两类防腐剂应叫油载防腐剂(oil-borne preservative)和水载防腐剂(water-borne preservative，对于复合型水溶性防腐剂来说)。油质防腐剂包括煤焦油、煤杂酚油及其混合物。有机溶剂防腐剂指溶解在有机溶剂中的防腐剂(常固体)，其防腐剂如五氯苯酚、环烷酸铜、8-羟基喹啉铜、有机锡化合物，其有机溶剂有石油、液化石油气、乙醇等。水溶性防腐剂指溶解在水中的防腐剂，包括水溶性单一试剂，如硼化物、氟化物、铜化物(毒性和抗流失性差)；和水溶性复合试剂，如铜铬砷(CCA)、铜铬硼(CCB)、氟铬砷酚(FCAP)、氨溶砷酸铜(ACA)等。在这些木材防腐剂中，目前最广泛使用的是煤杂酚油，其又称克里苏油、煤焦蒸油，在中国习惯叫防腐油。它是世界上用量最大的一种木材防腐剂，从1838年应用至今，全世界用量每年在150万吨左右，广泛应用于防腐枕木、电杆、桩木、桥梁及木船壳、海港工程用材。煤焦油是煤热解(高温：10001250，焦油产量占煤的3.55%；低温：500600，焦油产量占煤的1012%)时从煤气中冷凝而得到的黑色稠状液体，比重为1.171.20；而煤杂酚油是煤焦油蒸馏后，取200400的馏分，得到的是黑褐色油状液体(黄绿色)，比重1.011.08，有特殊的刺鼻气味。煤杂酚油常温下有时会析出白色片状萘的结晶，及蒽的黄绿色结晶。煤杂酚油的成分很复杂，估计有几千种化合物存在，其主要成分可分为如下四大类：a.芳香烃化合物，约占煤杂酚油的8090%，主要有：萘、甲基萘、蒽、芴、菲等；b.含氧化合物(焦油酸)，约占518%，主要有：酚、甲酚、联苯酚、萘酚等；c.含氮化合物(焦油碱)，约占23%，主要有：吡啶、喹啉等；d.含硫化合物，占的量很少，有硫茚等。煤杂酚油对危害木材的真菌，昆虫(包括白蚁)和海生钻孔动物(船蛆)均具有较好的毒效，但对蛀木水虱、团水虱及海笋没有显著的预防效果。煤杂酚油的浸注质量指标主要有保持量(kg/m3)，浸注深度(心边材)，内层含油量(分布均匀度)、浸透度(浸透部分的百分比)等。在中国要求马尾松枕木的煤杂酚油保持量为140kg/m3(枕木的内层含油量要求达100kg/m3)。用煤杂酚油浸注木材后，一般认为油枕比素枕可延长使用年限35倍。五氯苯酚(pentachlorophenol) 是油溶性防腐剂中最重要，用途最广的一种杀菌防霉剂，它于1841年首先制造，到1931年投入工业生产，美国在30年代首先将它用作木材防腐剂。五氯苯酚简称PCP；外观上是白色晶体或颗粒状固体，工业品为灰褐色颗粒或粉末；熔点为190191；几乎不溶于水，而易溶于丙酮、苯、醇类有机溶剂中；具有刺激性气味，常温下蒸汽压很低，不易挥发；受热不分解；处理木材时，它为性质稳定、长效的木材防腐剂。PCP的毒性比木材防腐油大得多，对木腐菌、软腐菌、细菌，对白蚁及其它害虫都有毒效，处理时对木腐菌用量为15kg/m3，对虫用量为48kg/m3，广泛应用于电杆、枕木、建材、细木工制品的防腐。防腐处理时五氯酚的溶剂为重油和轻油，处理电杆等室外用材，宜用重油溶解；处理细木工制品，采用轻油，但由于溶解度较小，可加丙酮等助溶剂。中国铁路枕木防腐剂还常用PCP作混合油质防腐剂的毒效增补剂，要求PCP的浓度2%。但是， PCP对人体的皮肤及粘膜具有刺激作用，对人畜有毒，目前已有一些国家和地区(如北欧一些国家)已禁用或准备禁用。所谓的水溶性复合防腐剂，是由两种以上的单一防腐剂按一定配比组合而成的防腐剂，综合了多种单一防腐剂的毒效，广谱，而且抗流失性大大提高(由于防腐剂成分之间，防腐剂成分和木材细胞壁主成分之间发生一系列的化学反应)。因为多数单一水溶液性防腐剂的杀菌、杀虫范围窄，对人畜毒性高、抗流失性差，一些化合物腐蚀性强，因此单一水溶液性防腐剂逐渐为复合水溶性防腐剂取代。水溶性复合防腐剂，是铜铬砷合剂(加铬砷酸铜，CCA，chromated copper arsenate)，在国外已有 40多年的历史，其商品名有：Celcure A、Tanalith C、K33等，又因处理后的木材呈灰绿色，又有叫绿盐的(Greensalt)。CCA的组成成分有：含砷化合物，如As2O5、砷酸等，是低抗木腐菌和害虫的主要活性基；含铬化合物(铬酸、铬酸钾K2CrO4、铬酸钠)、重铬酸钠Na2Cr2O7、重铬酸钾等，铬是氧化剂，Cr+6能被还原成Cr+3，生成沉淀，并与木材起很好的固着作用。含铜化合物，CuSO4等，增加了毒效，并显著提高抗流失性能。目前世界上普遍使用的CCA防腐剂，根据其组成成分的含量不同，可分为CCA-A型(Erdalith, GreenSalt, Tanalith CCA)、CCA-B型(Boliden, K33)和CCA-C型(Wolmen CCA)。CCA-A型中含铬量很高，抗流失性高； CCA-B型砷含量很高，其杀菌杀虫性好；CCA-C型兼A型和B型的优点，目前世界上应用最多。CCA与木材的反应产物主要是CuCrO4-木质素络合物、CrASO4-木质素络合物以及沉淀于纤维素之上的CrASO4，它是一种快速固定型的木材防腐剂，而且毒性较大，抗菌、抗白蚁、船蛆等。用CCA处理后木材材性基本不受影响，还略具抗火性，对人畜毒性小，因此广泛应用于电杆、枕木、坑木、桩木、桥梁以及冷却塔等，一般用量4.0kg/m3，用于地面以下6.4kg/m3，用于海水中应达40kg/m3。对于木材防腐来说，防腐处理方法很重要。木材防腐处理方法的一大类是常压处理法，包括对湿材进行处理的立木处理法(活树注入法)、树液置换法(生材)、扩散法(对于含水率高的木材)，和对干材进行处理的表面涂刷法(喷涂)、浸渍处理法(瞬间浸渍、短时间及长时间浸渍)、热冷槽法、喷雾处理法(药液损失大，且污染周围)和喷淋处理法。其中热冷槽法是常压处理法中最为有效，并被广泛使用的一种防腐处理法，它由Seeley于1867年在美国注册，以后逐渐被世界各国采用，在中国煤矿、林业和交通系统也用来处理木材。其原理是先将木材在装有热防腐剂的槽中加热，因而木材中的空气膨胀，水分蒸发，空气和水蒸汽从木材中排出；再使木材迅速进入装有冷的防腐剂的槽中，由于木材内的空气收缩，产生部分真空，防腐剂就被吸入。热冷槽法具体有三种操作方法：双槽交替法：一个槽盛热防腐剂，另一个槽盛冷防腐剂；单槽交流法：热、冷防腐剂交替；单槽置冷法：防腐剂加热到一定程度后，自然冷却。第三种方法生产率低，但处理质量较好，不接触空气，吸入的防腐剂数量和深度相对较高。热冷槽法处理时水溶性防腐剂的热槽温度一般为6580，热浸2hr以上，冷槽温度为550，冷槽时间以长为好。煤杂酚油和其它高沸点油剂的热浸温度一般为为90110，热浸1hr以上；冷浸温度为3550，因为如果温度太低，会使防腐剂粘度增大，冷浸时间至少比热浸时间要长1小时。用热冷槽法时，木材的吸收量如下，如果用煤酚油处理柳杉方材，吸收量可达60150kg/m3，对于赤松板材可达50kg/m3以上。木材防腐处理方法的另外一大类是加压处理法，包括满细胞法、李宾空细胞法、劳莱空细胞法、MSU改良空细胞法、正负频压和高低频压法、超高压法、双真空浸注法等。加压处理法是木材防腐处理中最重要、最为有效的工业处理方法，总体上，该法将经过干燥的木材装入浸注罐，密封，装满防腐剂，通过加压泵或空压机加压，用压力将防腐剂注入木材内部。因此，加压处理法所需设备复杂，主要的是浸注罐，其工作压力达1.21.5MPa，真空达93Kpa，罐直径一般在13m，长530m不等。其中之一的满细胞法(又称全吸收法、Bethell法)由John Bethell于1838年向英国政府注册，操作时满细胞法包括五个阶段：前真空：从木材中抽出空气，真空度80KPa左右，15min1hr；加入防腐剂：保持真空度的情况下，加入防腐剂；加压阶段：压力慢慢升到11.4MPa，保持压力，达到要求的总吸收量为止，15hr；反冲和排出防腐剂：解除压力。反冲指在排压时由于少量存在于木材细胞内的压缩空气发生膨胀，从而将吸入的防腐剂推出木材。对满细胞法而言，反冲量约515%；后真空：目的是抽出部分细胞腔中的防腐剂和木材表面多余的防腐剂，减少木材从处理罐中取出时的滴液现象，以及使用过程中的溢油现象。满细胞法的最大特点是使防腐药剂充满木材细胞，最大数量地保留防腐剂，一般只适用于水溶性防腐剂，常用防腐剂浓度为14%，以防腐剂的浓度来控制防腐剂的吸收量。当处理木材需要高保持量的煤杂酚油时，如海港的柱木，也可用此法，此时煤杂酚油要加热到65100，从而降低其粘度，利于浸注。李宾空细胞法(Rueping法，定量法)是由德国人Max Rueping于1902年发明的，此法和满细胞法的主要区别是，用前空压取代了前真空，使压缩空气进入木材细胞，其压力根据木材的渗透性和防腐剂的保持量而定，一般为0.150.5MPa，(压力增大，卸除压力时的反冲量增大)，前空压时间为1060min；然后在保持空压的情况下加入防腐剂。李宾空细胞法的特点是，反冲量可达总吸收量的60%，防腐剂只润湿木材的细胞壁，木材空隙中不保留或只保留少量的防腐，处理后材表很干净。因此，李宾空细胞法可以以最小的防腐剂吸收量达到最大的渗透深度，从而比满细胞法所用的防腐剂数量少，成本低。如满细胞法煤杂酚油浸注量一般为250kg/m3，而李宾空细胞法为110kg/m3，仅为前者的40%。李宾空细胞法最适于低粘度的有机溶剂防腐剂，防腐剂粘度高时，应提高温度并严格控制木材的含水率(20%左右)。中国铁道部的几个防腐厂，普遍采用此法来防腐枕木、电杆。劳莱空细胞法(Lawry process，半空细胞法，半定量法)是由B. Lawry于1906年发明的，它与前两种方法的不同之点是：在没有前空压或前真空的情况下，即在压力容器中保持大气压的情况下加入防腐剂，是对李宾空细胞法的一种改良，不要求用李宾槽和空气压缩机等设备，可与满细胞法的设备相同，设备简单。操作时反冲量达4050%，既适用水溶性防腐剂，也适用于油剂。在中国对落叶松枕木的加压防腐处理，均采用此法。七4、木材阻燃木材阻燃(木材滞火，flame retardation)是应用化学药剂注入木材，提高木材的耐火性能，使之不易燃烧；或者将滞火涂料覆盖于木材表面，防止木材起火或延缓其燃烧。所使用的化学药剂，称为阻燃剂(滞火剂)(flame retardant)。由于木材和木质人造板是由C、H、O等元素组成的生物有机化合物，属于固体可燃性物质。如果把各种物质按照起火燃烧的危险程度划分为甲、乙、丙、丁、戊五类，木材属于丙类，它是具有火灾危险性的有机可燃物。(甲类、乙类分别为火灾危险性较大的化学危险品(如炸药)和氧化剂等；丁类、戊类分别为难燃和不燃物) 。作为建筑材料一般分成可燃烧、难燃烧和不燃烧三类，木材属于可燃烧材料。世界各国每年由于木材可燃性而引起的火灾无数，经济价值巨大，如何使木材变得难以点燃，或者脱离火源能自行熄灭，即增加木材自身低抗燃烧或阻止燃烧的能力，很早就得到人们的关注和研究。木材燃烧一般被分为四个阶段，如下：(1)干燥阶段，温度在150以下，木材热分解极其缓慢，分解产生的气体主要是CO2和H2O等，为吸热阶段；(2)预炭化阶段，温度在150275，木材热分解缓慢，细胞壁化学主成分开始变化(尤其是半纤维素)，析出CO、CO2和少量有机挥发物，仍为吸热阶段；(3)炭化阶段(有焰燃烧阶段、热分解阶段)，温度在275450，木材剧烈热分解，放出大量CO、CH4等可燃性气体，生成木炭。液体产物中包含大量的醋酸、甲醇和木焦油等。此时为可燃性气体燃烧，放热反应，木材燃烧失重的80%在此阶段完成，是木材燃烧时最危险的阶段，因为放出了大量热，并且火焰及热能在木材表面迅速传播，可蔓延到其它可燃、易燃物；(4)煅烧阶段(阴燃阶段)，温度在4501500，此时木材热分解已经结束，木炭开始煅烧，也是放热反应。木材燃烧可分为自然燃烧、有焰燃烧、发烟燃烧、红热燃烧四类。自然燃烧(spontaneous combustion) 是木材在无外部火花、火焰等火源的作用下，因受热或靠自身发热反应等蓄热而引起的燃烧。其主要原因是苯醇抽提物的氧化反应并蓄热、低温下长期加热等。发烟燃烧(熏燃、隐燃、有烟燃烧，smoulding)是木材燃烧时处于一种无可见光而常有烟雾的燃烧，无明火，一般在供氧不足时。是木材所有成分的徐徐燃烧。当O2充足时，可爆发性地转化为有焰燃烧，此时较危险。有焰燃烧(可燃性挥发物燃烧、气相燃烧，flame combustion)是具备两个条件的燃烧：a. 热解生成物和空气混合后的可燃性混合气体应达到一定浓度(满足燃烧的组成条件)；b. 将必要的能量供给可燃性混合气体(满足燃烧的能量条件)。这种发光的气相燃烧是木材燃烧中最重要的一步，放出的热量占木材总发热量的2/3以上，有时也伴有烟，火焰可蔓延。红热燃烧(灼热、白热燃烧、无焰燃烧，表面燃烧)发生在有焰燃烧之后，有光但没有火焰的形成，很少有烟(CO燃烧时有青白色烟)。这种燃烧速度缓缓，放出的热量比有焰燃烧少。目前所用的木材的阻燃理论多为F. L. Browne根据S. Coppick的理论归纳和分类的，没有一个能解释各种不同阻燃剂的作用机理，有的只适应有焰燃烧，有的只适应于无焰燃烧，有的可兼用。在多数情况下，对于某一种阻燃剂，需利用若干理论才能作出较完整的解释。主要阻燃理论如下：一、障碍理论(覆盖作用)：阻燃剂受热以后在木材表面形成熔融的液层，玻璃状隔层，或泡沫层，阻止木材受热分解出来的可燃性气体外逸，阻止氧气进入木材，并且隔断了热量。可同时阻止无焰燃烧和有焰燃烧。常有的防火涂料，包括无机涂料(硅酸钠)和有机涂料(泡沸涂料)都有此作用。二、热理论：包括隔热、吸热及热传导三种作用。1.隔热，即阻挡热量向木材内部传递。如阻燃剂受热在木材表面迅速形成炭化层(木炭热传导率和热扩散率都低于未处理木材，而比热增大)。2.吸热，阻燃剂受热时发生物理和化学变化，如分解、熔融、结晶水蒸发，这些变化需要吸收大量的热，从而使木材燃烧表面温度下降，起阻燃作用。3.热传导，加入的阻燃剂使木材的热传导速度增大，使热量迅速扩散，阻止木材温度上升。三、不燃气体的冲淡作用(稀释作用)：因为要发生有焰燃烧，则可燃性气体含量必须达到一定的浓度，否则，就不会发生有焰燃烧。阻燃剂受热后分解放出大量的不燃性气体，不但稀释了可燃性气体的浓度，而且一定程度上降低了火焰的温度(吸热)，起到阻燃作用。如放出N2、NH3、H2O、CO2、卤化氢等。四、自由基捕集理论：这一理论可用来解释卤化物对火焰传播的抑制作用，即认为火焰传播过程(燃烧过程)放出大量的自由基，这些自由基如H和O是维持火焰的一个必要条件，而消除这些自由基，也就阻止了燃烧。五、炭量增加(或挥发物减少)理论，即化学阻燃理论：阻燃剂改变木材热分解时的产物及产量，即提高了木材热解时的炭产量，而降低了可燃气体的产量。又包括：1.催化木材热解，即在较低温度下发生分解，木材剧烈热分解的温度越低，则剩余碳的得率增加；2.脱水炭化作用，阻燃剂加热生成酸和碱，使纤维素脱水形成炭和水。六、挥发物热含量下降理论：阻燃剂降低了热解挥发物的发热量，燃烧时的热强度降低，从而有效地抑制了有焰燃烧。对木材进行阻燃处理的方法包括浸泡法(常压)法和加压浸注法。浸注用的阻燃剂常由阻燃主剂、协效剂、增稠剂、润湿剂、基料等组成。阻燃主剂是在配方中起阻燃作用的主要成分，目前国内外仍以无机盐类为主。在配方中占2030%。其主要种类有：(1)磷氮系阻燃剂(P-N系列)，包括各种磷酸盐、聚磷酸盐等，其中以(NH4)2HPO4的阻燃效果最佳，其作用机理为：a.热分解放出大量的不燃性气体NH3和H2O，冲淡了可燃性气体；b.缩聚作用生成聚磷酸，这是一种强有力的脱水催化剂，可使其它物质(主要是木材中的综纤维素)脱去水分而炭化，这样炭化层的导热速度下降，可燃性气体量下降，从而抑制了内层木材的热分解；c.缩聚产物还能形成耐高温的玻璃状液体覆盖层，起到隔热、隔氧的作用。但其缺点是：缩聚反应放热，对阻燃不利；磷酸盐水溶性大，室外使用极易流失，室内使用存在吸潮、起霜等问题。而70年代后期发展起来的聚磷酸铵阻燃剂，简称APP(ammonium poly phorsphate)，是一种更优秀的木材阻燃剂，其分子式为(NH4)n+2PnO3n+1，为白色粉末，n是聚合度。常用n=2060。随着n增大，阻燃效果增加，水溶性降低，抗流失，处理材无起霜现象，一般可配成乳液或阻燃涂料。如果添加脲类化合物(如尿素、二脲、三脲等)，则APP的水溶性增大，可制成浸注用水溶液。(2)硼系阻燃剂，包括硼酸(H3BO3)、硼砂(Na2B4O710H2O)、多硼酸钠(Na2B8O134H2O)、硼酸铵等化合物。硼酸的阻燃机理为：a.受热产生水蒸汽(不燃；耗热)；b.受热产生的B2O3软化呈玻璃状薄膜，起隔热、隔氧的作用，为膨胀型阻燃剂。另外，硼酸可减弱无焰燃烧和发烟燃烧，但对火焰传播有促进作用；硼砂能抑制表面火焰的传播，但能助长发烟燃烧和无焰燃烧。因此，这两种物质常混合使用，通常重量比1：1，而且使阻燃剂在水中溶解度增大，并能使其PH接近7，减小对金属的腐蚀。硼化物兼防腐、杀虫功能，毒性小，常与其它试剂混合使用。如硼砂和硼酸与双氰胺、磷酸和氨基树脂合用于刨花板生产。三聚磷酸钠、硼和氨溶液用于处理胶合板和纤维板等。(3)卤素系列阻燃剂：卤素系列阻燃剂主要包括无机氯化物、溴化物和有机氯代烃、溴代烃等。卤素系列阻燃剂是自熄性阻燃剂，阻燃机理包括：a. 物理覆盖作用。阻燃剂受热分解，释放放出HCl、HBr、难燃气体，且比空气重，在火焰燃烧区取代空气，形成保护层，使木材的燃烧速度减缓或熄灭；b. 卤素系列阻燃剂能中断木材燃烧中反应的游离基链式反应。阻燃协效剂(占510%)，在阻燃剂配方中的作用是提高和加强阻燃主剂的阻燃效果，降低主剂用量。如卤素系列，是P-N系良好的协效剂；多元醇，是P-N良好的协效剂，尤其是季戊四醇；Al(OH)3 (Mg(OH)2)：是氨基树脂的优良协效剂；尿素；(NH4)2SO4等。增稠剂在阻燃剂中的作用是适当增加阻燃浸渍剂的粘度，可增强浸渍剂在木材内的固着性，避免盐类析出表面，有一些非水溶性的增稠剂还有抗流失的作用。包括无机增稠剂，如水玻璃等和有机增稠剂，如淀粉、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、UF、PF等。润湿剂(在阻燃剂配方中约占0.1%0.5%)，是表面活性剂的一种，使固体易于被液体润湿，增加液体在木材中的渗透能力，常用的有烷基磺酸钠、聚乙烯醇等。基料：浸渍用阻燃剂的基料大多是水，占6070%。另外，阻燃涂层应用也很普遍，涂层就是在木材或木制品表面涂刷阻燃涂料。阻燃涂料是用自身不燃烧，在火焰长时间作用下不破坏，导热性不良的化学药剂制成的。其作用机理是使木材隔离热源，防止木材接触氧气，阻止木材分解为可燃性气体，又分为无机涂料和有机涂料。无机涂料一般包括四个部分：胶体、阻燃药品、填料和分散剂。胶体常用水玻璃或K2SiO3。阻燃药品如硼砂、硼酸、(NH4)3PO4、(NH4)2SO4、NH4Cl等。填料如石棉粉、硅藻土、水泥、石英粉等。分散剂如水或油类。有机涂料最常见的是泡沸涂料，即受热起泡沫和膨胀，使燃烧的木材形成蜂窝状木炭而阻燃。其主要成分包括：产炭成分，典型的是碳水化合物，如淀粉或多元醇(季戊四醇)，受热脱水而产生炭，水分蒸发而形成炭的泡沫。还有氮化物，如尿素、胍类和双氰胺，气化热解产生氨等不燃性气体及炭；炭化催化剂，多为常用的阻燃化合物；粘结剂：如PF、UF、乳胶、三聚氰胺醇酸树脂等。木材防腐，除了对实木进行防腐外，很重要的，是对木质人造板进行防腐处理，其中N-P系、硼系、卤系、含Al和Mg的氧化物或氢氧化物等阻燃剂大多适用于木质人造板阻燃，但此时必须考虑阻燃剂与热压、胶合等工艺的协调。人造板的阻燃可分为对成板或在生产过程中进行阻燃处理。阻燃剂在使木材获得一定程度的阻燃性能外，亦会产生某些副作用，如对木材的力学强度、吸湿性、胶合性、油漆性等产生影响，并可能导致木材燃烧过程中更多更严重的烟雾和毒气的产生。烟雾是指木材燃烧时生成的固体微细炭粒和焦油状悬浮液滴及水蒸气的混合物，烟雾不仅使人窒息，降低可见度，而且油状的聚集炭粒还可吸附并传递有毒气体；而毒性气体主要是CO2和CO。另外，当使用卤素系列阻燃剂时，可能产生HCl、HBr等有毒气体；当使用P-N系阻燃剂时，可能产生NH3和腈类化合物。七5、尺寸稳定化由于木材具有吸湿性，木材在吸湿解吸过程中产生湿胀干缩，并且木材的干缩湿胀具有高度的各项各向异性，因此，木材尺寸具有不稳定性，这在实际木材利用中往往成了木材的缺点。木材的尺寸稳定性处理(dimensional stability)就是提高木材的尺寸稳定性。总体上，提高木材尺寸稳定性的方法有两大类，一是减小木材细胞壁的膨胀，包括：a. 用极性较小或非极性基团取代木材细胞壁中的极性基团(如羟基)或其它方法降低极性基团的量，具体方法如：热处理木材或木质材料、木材发生酯化反应(如木材的乙酰化，异氰酸酯化)、木材的缩醛化反应(如木材甲醛化)、木材的醚化反应(如用丙烯腈，环氧化物等处理木材)，实际上这些方法在木材生产加工中用得很少。b. 用憎水物(疏水物)覆盖木材的自由表面，堵塞水的通道，阻止水分子进入细胞壁，如石蜡处理木材或在人造板生产过程中施加熔化石蜡或乳化石蜡、木制品表面涂漆。c. 充胀(bulking)细胞壁，即将某种物质浸入木材细胞壁内部，使细胞壁体积充分膨胀，永久性地保持充胀状态，而不受水分的影响，具体方法如：生产木塑复合材料WPC，用热固性树脂(如酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂等)、热塑性树脂(如聚乙二醇)等处理木材，还有如木材的乙酰化等化学反应也具有这方面的作用。二是减小木材细胞壁传递给外部总体尺寸的膨胀量，如：胶合板生产中相邻单板的纹理互相垂直，从而使木材顺纹方向的小干缩湿胀牵制横纹方向的大干缩湿胀，扒钉钉木材的端头，板材的贴面等。七6、木材软化木材是是一种缺乏塑性的材料，所以木材的加工成型主要为切削和胶合，而不易于弯曲或模压等塑性加工，木材的软化处理是使木材具有暂时的塑性，以便对木材进行弯曲和压缩，并在变形状态下干燥，恢复木材原有的刚度、强度。木材的软化处理可分为物理方法和化学方法两类。物理方法包括火烤法、水煮法、汽蒸法、高频加热、微波加热法；化学方法(化学药剂处理法)是用液氨、氨水、氨气、亚胺、碱液(NaOH、KOH)、尿素、单宁酸等化学药剂处理。物理方法又称水热处理法，以水为软化剂，并加热，达到软化木材的目的。其中:(1)蒸煮法采用热水煮沸，或者用高温蒸汽汽蒸木材。处理时间随树种，材料厚度，处理温度等不同而变。蒸汽压力提高，所需时间下降。但若蒸汽压力过高，往往出现木材表层温度过高、软化过度，而中心温度还较低，弯曲时凹面容易产生皱褶；若处理温度过低，弯曲时凸面容易产生拉断。对1545mm厚的板材，80以上温度水煮时，约需处理60100min，用80100蒸汽汽蒸时约处理2080min。(2)高频加热法是将木材置于高频振荡电路的工作电容器的两块极板之间，加上高频电压，即在两极板之间产生交变电场，在其作用下，引起木材内部极性分子(如H2O)的反复极化，分子间产生强烈摩擦，这样，电能转变为热能，使木材加热软化。随着电场频率提高，软化所需时间下降，但最佳工作频率应选在木材细胞壁具有最大介质损耗时，枫杨和柘树在4MHZ时，软化质量最佳。木材在高频加热过程中，会向周围空间蒸发水分，故木材初含水率应该比蒸煮法的要高一些。在同样处理条件下，柘树内部温度可达到150左右，而枫杨不超过110，这表明柘树的水分和蒸汽穿透性比枫杨的差。枫杨材质疏松，在1.2W/cm3功率密度下高频加热4min，试材就会过于干燥，弯曲时容易断裂，若加热7min，则木材表面已经干燥，无法弯曲。(3)微波加热法是80年代开发的新工艺，利用微波频率为300MHZ300KMHZ，波长约11000mm电磁波，它对电介质具有穿透能力，能激发电介质分子产生极化、振动、摩擦生热。处理时木材通常是饱水状态，利用15KW功率的微波照射木材，数分钟内木材表面温度可达90110左右，内部温度可达到100130左右。1cm厚的刺槐、火炬松饱水木材微波加热12min后，外钢带弯曲，试件的曲率半径可达3cm。用聚氯乙烯薄膜包好木材，再微波照射，可以防止水分散失引起的表面降温、软化性能变差。与传统的蒸煮软化法相比，微波加热法有如下优点：a. 由于加热来自木材内部，升温速率大大提高，软化时间大大降低；b. 处理过程的温度易于控制。化学药剂处理法软化木材的特点是木材软化充分，不受树种限制，包括:(1)碱处理法，即将木材放在1015% NaOH或1520% KOH溶液中，达到一定时间后木材即明显软化。取出木材后用清水漂洗。木材可塑性提高，但易产生变色、塌陷等缺陷。为了防止这些缺陷的产生，可用35的双氧水漂白浸渍过碱液的木材，并用甘油等浸渍。碱液处理后的木材干燥定型后，如果浸入水中仍可以回复其可塑性。(2)氨处理，其软化原理是氨与木材细胞壁三大主成分均能产生作用，使半纤维素、木素受到损伤，胞间层削弱，而且能进入纤维素的结晶区，润胀纤维素，且形成氨化纤维素，导致结晶的破坏。这样，木材在氨作用下，塑性提高。处理方法可利用：a. 液态氨处理：将气干或绝干的木材放入-33 -78的液态氨中(氨的沸点为-33，冰点为-78)浸泡0.54hr后取出，温度升到室温，木材已软化，可弯曲成所需的形状，或压花，或压缩木材，然后在保持外界压力的条件下干燥，氨全部蒸发，即可固定成型。弯曲成型件在水分作用下，几乎没有回弹；b. 氨水处理：将含水率为8090%的木料浸泡在25% 氨水溶液中，在常温常压下塑化(需要较长的时间)；c. 气态氨处理：此时木材含水率以1020% 为好，在温度为25，压力为0.40.6kgf/cm2的饱和气态氨中处理，此法适于家具制造；d. 尿素处理；e.联氨处理。氨处理和水热处理相比，具有以下优点：a. 几乎所有阔叶材经氨处理后均能得到充分软化；b.软化后成形时所需辅加外力小，时间短，成品破损率低；c. 成形后制品恢复原状的回弹性小。但氨处理操作必须在封闭系统中进行，液氨时必须有冷却装置等等。目前，木材软化目的主要有：a.木材的成形加工，这是一种不损伤木材纤维连续性的成形加工方法，即弯曲成形，包括三个连续工序：软化、成形和固定；b.压密化：压缩木材、木材表层压密化(提高木材表面硬度和耐磨性)、用刻花模具将木材进行表面压密化的压花加工、胶压木等；c.碎料成型：如人造板生产，成品的表层比较密实；d.永久塑化，即在木材中添加适宜的软化剂，使木材的软化点降到常温以下，从而制得常温下具有柔软性的材料，从胺为基质的不挥发性膨胀剂具有这种功能，但要实现商品化，还存在许多问题；e.塑料化：木材塑料化是使木材三大成分的部分(不破坏纤维素的结晶构造)成全部衍生物化，如酯化、醚化、缩醛化等，将木材转化成流动性材料。其实，硝酸纤维素、醋酸纤维素、苄基纤维素都是纤维素塑料。七7、木材压缩木材是一种具有粘弹性的生物材料，在一定条件下可以不破坏木材细胞壁的结构，通过压缩木材而制成质地坚硬、高密度、高强度的材料。目前，对于杉木、杨木这一类密度较低、强度较低的速生树种的木材进行适当地热压并对压缩变定进行固定，是提高这些木材的强度和表面性能(如表面硬度、表面耐磨性)的有效方法。压缩木材的出现始于20世纪30年代初，德国首先生产压缩木材，把实木压缩木材称为“Lignofol”，把经过树脂处理的单板层积木材称为“Kunstharzschichthdz”，当时这样的木材制品主要用于飞机的天线杆、螺旋桨等军用部件。后来这样的产品被逐渐用于民用器具，如用于纺织木梭、纱管及各种工具的手柄，以及一些模子等。我国在五十年代后期在北京林业大学申宗圻教授的带领