全 文 ：泡桐木改性处理技术研究综述
胡伟华
摘要 介绍 了对泡桐木变色的不同看法 ;对现有的防 正泡桐木变色和变色后泡桐木处理方法 的优缺点加 以概述 ; 对泡桐
材改性方 面的最新研究— 泡桐木表面强化技术和泡桐木的阻燃研究技术作 厂介绍 ; 分析 r泡桐 木改性发展的趋势关键词 泡桐 木材改性
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泡桐是我 国重要速生用 材树种之一 , 全国现 有泡
桐 10 亿株 ,活立木蓄积量 0 . 8 亿 m 3 , 主要集 中在长江
及黄河流域大片地区 。 泡桐材 多用 于拼板和人造板 ,
因其色泽好 , 耐腐 、 不翘裂和声学性质优 良等优点也常
用于家具及乐器制造行业 。 但是由于泡桐木锯解后表
面易出现红 、 褐等色斑 而大大降低了木材 的品质 和价
格 ,严重影响了它的销售及应用 ; 另一方面由于其木质
软而限制了它的广泛 应用 。 因此 , 对泡桐木进行改性
不仅能增加其美观 、 扩 大其应用面而且能更好地创造
经济效益 。
木材的改性包括 : ( l) 材色处理 ; ( 2) 尺寸稳定性 ;
( 3) 可塑 化 (软 化 ) 处理 ; ( 4 )增 强 处理 ; ( 5) 塑 合 木
(W ?(P )
; ( 6 )防腐防虫处理 ; ( 7 )阻燃处理 ; ( 8 )防 风化
处理 ; ( 9) 林木塑料化等九个方面 。 但针对泡桐木的应
用 , 目前所面临的主要 问题是材色处理 、增强处理 及处
理后尺寸稳定性的研究 , 另外是泡桐木的阻燃性研究 。
在此笔者主要介绍在泡桐木改性处理方面所做的研究
工作 , 以及研究 的处理方法等 。
胡伟华 , 助理研究员 , 国家林业 局泡桐研 究开发中心 , 郑州 4 5 0 03
收稿 日期 : 19 9 8 0 8 1 2
1 泡桐木的材色处理
1
.
1 泡桐木的色变显色及变色原因
木材的颜色决定于木材组成成分对可见光中不同
波长光波的吸收和反射性 能 。 泡桐在刚锯开时 无颜
色 , 是由于它对可见光 全部反射的缘 故 。 而在锯解一
段时间后 , 泡桐表面材色发生了变化 , 出现 了黄 、 褐等
颜色 , 我们称之 为 “ 色斑 ” : 这是 由于在光 、 热 、 氧等多
种因素的作用下 , 泡桐木组成物的化学结构发生了变
化 , 一些具有共扼结构的物质在可见光区有不同的吸
收 , 因而使泡桐表面出现黄 、 褐 、 黑等颜色 二 目前 , 对引
起泡桐变色的成份众说不一 , 中国林科 院木材所 的成
俊卿等认为引起泡桐变色的成分可能是木材中的内含
物如多酚类物质匡 ;河南农学院园林 系木材利用组的
报 告 中认 为是 泡 桐 木 材 内部 分 可 溶 性 物 质 , 如 单
宁匡 ; 日本 的牧野 耕三 等起 初认 为糖 和 变色物 质有
关 , 但在后来的报告 中说使桐材 变红的主要成分是溶
于水和 甲醇的酚类物质 3 。 日本的大 贺雅 司等的看
法与牧野耕三等人的后一种说法相同之4 一 ; 奥山情彦认
为是有机酸在起作用匡 ; 日本的峰村伸哉 和梅原胜雄
认 为泡桐材的变色情况与木素模型化合物的光致 变色
近似 「“ : ; 中国林科院木材所祖勃荪通过模拟变色试验
林产 I一业 199 9 年第 26 卷第 2 期
和化学分析 ,指出泡桐材含有水溶性的无色花色贰和
原花色贰 ,并认为这类化合物能 圆满解释泡桐变色现
象匡 。 虽然 ,对泡桐变 色成分说法不一 ,但相 同的是 :
这些成分中都含有发色基团或助色基团 。 这些成分大
多存在于泡桐木的抽提物 中 , 而泡桐木的抽 提物 含量
高 ,这就是泡桐易变色的主要原因之一 。 目前 , 国家林
业局泡桐研究开发中心常德龙 、 胡伟华等又从泡桐木
中成功地分离出了变色菌圈 , 该菌可导致正常泡桐木
变为褐色 。 可见 ,泡桐木变色并不是单一的因素所致 ,
变色物质也很复杂 。 但通过针对泡桐木变色的主要原
因 ,采用合理的方法 ,进行色变预防以 及脱色处理 , 可
以取得 良好的效果 。
1
.
2 泡桐木 的脱色处理
泡桐木的脱色处理是指将桐材表面的 “ 色斑 ” 去除
的方法 。 脱色处理方法很多 , 概括起来有以下几种 : ( l)
冷水浸泡法 : 该法浸泡桐材的时间长 , 由于温度低 , 脱色
效果不好 ; ( 2) 温水浸泡法 : 该法有利于内含物的溶 出 ,
浸泡桐材的时间短 , 为提高脱色效果 , 中间需换 2一 3 次
水 ; ( 3) 用石油醚 、 乙 醇 ( 1 : 1) 等有机溶剂配成一定 的比
例浸泡桐材 , 此法虽有一定效果 , 但有机剂易挥发 、易
燃 ,给环境 造成很 大污染且 很不安 全 。 ( 4) 用稀 盐酸
( 0
.
l xl飞〕1几 ) 、稀氢氧化钠 ( 0 . I l l u l几 ) 、 稀草酸 、淡氨水等
溶液浸泡或用过氧化氢涂刷 。 这些方法虽可消除部分
色斑 ,但不久色斑又会重新出现 。 目前最有效的方法是
用含有脱色剂 、 渗透剂 、 防变色剂 以及抑制剂在内的综
合配方 9[, `。〕对变色材进行处理 。 用该法处理试材 , 测定
处理后 1 年的材色 , L ’ 值为 76 . 9 、 a ` 值为 5 . 64 、 b 开 值
为 18 . 30 护p 万 值为 35 , 87 、 △E 为 24 . 31 。 与处理前的板
材相比 L ’ 值提高 2 6 , 6 3月、 V 值提高 1 9 . 6 5 , a ’ 、 b ’ 分别
降低 5 . 25 、 1 . 73 , △E 降低 20 . 13 ,并显著好于外贸出口板
材 、 水处理材 。 处理后板材色泽 自然 、光亮 ,有一定的处
理深度 ,可使等外材跃升为二等材 , 减少三等材数量 ,从
而可增加 1 6( 旧一 2 (X洲〕元八113 的经济效益 。 但由于泡桐
变色原因很复杂 , 变色非常严重时 , 脱色处理就不太彻
底 ,因此 , 为更彻底解决该问题 ,加大处理深度 , 还需要
更进一步地研究 。
1
.
3 泡桐木材色变预防
泡桐的防变色处理是指在泡桐锯解后 , 未等其发生
颜色变化 , 就对桐材进行处理不再使其发生变色的方
法 。 目前 ,对泡桐材变色预防的研究很多 , 日本采用 自
然脱色法 , 即将桐材露天堆放 ,任其风吹雨淋 。 该法周
期长 ,效果也不理想 。 国内在这方面的研究主要分两大
类 :一类是用溶剂浸泡 , 即用水作溶剂 ,把木材中的变色
成分溶解出来 ;另一类是用化学方法处理 , 即用氧化剂
袍桐木改性处理技术研究综述— 胡伟华
或还原剂处理木材 ,使木材中的变色成分分解或使变色
成分的发色基 团改变结构 ,还可利用酸性或碱性药剂处
理木材 ,使其结构发生变化 , 达到防变色 目的 。 溶剂浸
泡法根据温度 、 压力的变化 及溶剂流 动与 否可分为常
温 、 变温法 ,常压 、 加压减压法以及静水 、 流水浸泡法等 。
国内泡桐板材加工企业 多用 常温常压 浸泡法 , 该法省
能 ,不需加温设备 ,缺点是受气候限制 ,仅凭经验确定浸
泡时间 , 无法对浸泡效果进行控制 , 质量变化较大 , 效果
不理想 。 河南农学院木材利用组用常温变压法对泡桐
材进行处理效果 比常温好 ,但该法必须有保温设施 ,耗
能大 ,生产成本高 ,用于大规模生产较 困难 。 日本的牧
野耕三用减压法处理泡桐材取得良好的处理效果 ,该法
是在密闭容器 中注人水 ,使木材湿润 ,然后减压使木材
中溶于水的变色物质抽出来 。 采用该法处理周期短 ,但
需消耗一定的电能 。 化学处理法主要有氧化法和还原
法 。 从目前的研究来看 ,用单一试剂进行处理效果都不
太好 。 许昌林科所王燕军等 〔“ 〕从泡桐变色预防研究中
得出使用碱金属盐类和弱碱类比其它药物预防泡桐变
色效 果 优 良的结 论 , 处 理 后 桐 材 白度 比对 照 样 高
127
.
4 %
,返色率低于对照样 28 . 0 % , 且对桐材力学性
质 、 桐材质量无显著不 良影响 ,可使一等材率提高 40 % 。
国家林业局泡桐研究开发中心常德龙等「12] 在泡桐变色
预防研究中采用防变色剂来抑制多酚氧化酶的活性 ,用
耐光剂改变木材内吸收成分的结构 , 用渗透剂改善木材
渗透性 ,以加快某些变色物的溶出 ;并利用正交设计及方
差分析 ,选择出最佳浓度配 比的配方 , 对泡桐材进行处
理。 处理后的板材在一年后 L ` 为 76 . 89 , a ` 为 2 . 17 , b `
为 18 .花 ,山乙为 24 . 79 月、 V 为 35 . 41 (外贸出 口 A 级板 L ’
为 75 . 29 , a , 为 6 . 19 , b ’ 为 19 . 2 , 组三为 28 . 0 , 1 、 V 为
3
.
08 )
,仍能达到外贸出口 A 级板标准 , 且色泽 自然 。 该
法处理费用低 ,并能带来 7田一 a 刃元八1 13 的新增效益 。
2 泡桐木材表面强化
泡桐 材 具 有 优 良 的 物 理 特 性 , 胀 缩 系 数 小
( 0
.
269 % 一 0 . 3 7 1 % ) , 尺寸稳定 , 不 翘不裂 , 热传导率
低 ( 0 . 07 一 0 . 10W l/ 卫K ) , 介电常数和介质损耗正切小
等 。 但与其他 阔叶材相 比 , 它的木材密度低 ( 0 . 2 4 7 一
0
.
328 9 c/ m Z )
,因此 , 力学 强度差 , 如表 面硬 度及耐磨
度低 , 因而限制了其应用 。 近年来 , 国内研究者们对桦
树 、杨树 、松树 、 杉树等木材的压缩强化研究较多 ,而对
泡桐材很少作这方面的研究 。 国家林业局泡桐研究开
发中心的常德龙 、胡伟华 、 陈玉和等对泡桐材表面强化
及压缩 回弹率进行 了研究 【`3, ` 4〕。 他 们采用国际上较
先进 的横向压缩木材 , 低分子树脂浸渍 固定压缩变形
17
·
的方法处理泡桐材 , 达到表面强化的 目的 。 具体方法
是 : 首先合成低分子树脂 , 控制其分子量在 30 左右 。
将试材放人密闭容器 , 减压使低分子树脂浸人 。 对大
块试材采用开槽等方法增加其渗透性 。 然后将已浸人
树脂的试材热压固化 , 测定其增重率 、抗膨胀率 、 胀缩
率以及回弹率等 。 实验结果表明在树脂浓度为 6 % 一
10 %
,压缩温度为 巧 0一 170 ℃ , 热压时间为 s m in 的条
件下 ,处理后的泡桐材的尺寸稳定性最好 , 回弹率小 ,
无鼓泡 现象 ; 板材 表 面 强 度可 由 0 . 2 2酬P[ a 增加 到
0
.
36 6M P
a ;压缩率为 50 % 。 用此法处理泡 桐材避免
了用水 、热处理木材 回弹率高 、 颜色变化大 、处理之前
需恒温 、恒湿保存等缺点 , 也避免了用高分子树脂处理
木材 , 由于分子量大 ,不易渗透的难点 。 采用合成的低
分子树脂处理木材 ,是在高温高压下使低分子树脂之
间发生交联 ,从而达到固化变形 的 目的 。 由于所采用
的树脂色浅 、耐水 、 化学性质 稳定 , 有耐候 、耐腐性能 ,
因此经处理的木材不仅色泽 自然 , 纹理清晰而且具有
耐候 、 耐腐 、阻燃等性能 , 表面硬化处理后 的泡桐木 , 可
用于桐木木制地板及其它建筑装饰材料的开发 。
研究未见报道 。 近几年 , 河南农业大学林学系陈志林
等 [` 51 以磷酸氢胺 、 硼砂为主剂 ,加增效剂及尿素等 , 配
制质量分数分别为 10 % 、 20 % 、 30 % 、 40 % 的阻燃液 , 按
1L
6
(4 5 )的正交实验设计 ,采用常压浸渍法处理泡桐材 ,
通过对浓度 、时间 、 温度和载药率分析以 及对阻燃性能
和流失性的检验得出 : 阻燃剂质量分数 为 20 % 、 浸渍时
间为 24 h 、 浸渍温度为 4 0℃ 时 , 效果最佳 。 该阻燃剂可
减小可燃气体的产生和传递 , 防止明火的产生 , 且价格
便宜 ,经济效益显著 ,对泡桐材的处理阻燃效果明显 ,在
生产上是可行的 ,但 阻燃 剂的某些性能还需进一步完
善 。 该阻燃剂也可用于浸泡板材 、 胶合板用单板或刨花
板的贴面板 ,以 生产阻燃性能较好的木质阻燃板 ,经处
理的板材可应用到室内装饰和湿度较小的禁火场所 。
3 泡桐木材阻燃研究
木材的阻燃处理方法可 分为物理和化学两种 : 物
理方法是将木材 (可以是一些木材 的加工余料或一些
经处理的枝梗材 )与水泥 、 石膏 、 石棉纤维等难燃或不
燃材料混在一起 , 制成阻燃效果 良好的水泥刨花板 、石
膏纤维板等阻燃装饰材料 ,也可用难燃涂料 、 膏状物搜
盖在木材表面 , 隔断木材与火焰和氧气的直接接触 ,实
现阻燃 。 化学方法是将阻燃剂浸注人木材内部 , 使其
具有阻燃性能的处理方法 。 一般分为常压浸渍 、高压
灌注两种方法 。
常压浸渍法是在常压 、室温或加热条件下 ,将木材
浸泡在粘度较低的阻燃剂溶液 中 , 使木材携带 阻燃剂
的方法 。 此法简单易行 , 设备简单 。 高压灌注是将木
材和阻燃液一起放人密 闭的高压容器 中 , 在一定压力
下将阻燃剂压人木材细胞 。 该法处理时 间短 、 吸药量
大 ,但要求相应的加压设备 ,成本较高 。
自 80 年代中期发展起来的具有多功能的第二代阻
燃剂逐渐代替以无机盐为主剂的第一代木材阻燃剂 以
来 , 国内外木质材料阻燃剂又有以下几个动向 : ( 1) 增效
剂 : 用两种或两种以上阻燃剂先后或 同时处理木材 , 使
阻燃效果增大或具有两者没有的特殊功效。 ( 2) 阻燃性
胶粘剂 : 胶粘剂就具有阻燃特性或在其中加阻燃剂 ,使
之同时具有阻燃 、胶结双重作用的胶粘剂 。
目前 ,对阻燃剂的研究已不少见 ,但对泡桐木阻燃
18
.
4 泡桐木改性研究的发展趋势
近几年来 ,随着人们生活水平的提高 ,人们更向往
自然美的享受 。 随着大径级材和名贵家具用材供应量
的减少 , 采用调色技术改 良劣质材 ,用调色技术仿制名
贵木材已陆续登场 。 泡桐木 由于其纹理好 、 色泽光亮
而深受人们的喜爱 。 因泡桐材 的液体 的渗透性 并不
低 ,且易干燥 , 使得其 在材色处理方面将会有很 大发
展 。 对其进行染色将是一个很好的发展趋 向 。 染色最
早是指染料与纤维素或纤维制品的结合 , 并达到一定
耐久性的着色技术 (木材着色是着色剂与木材之间的
物理 、 化学作用 , 固定或填充在木材组织 内 , 使其着上
不同的颜色 ) ,现 已广泛应用于生物 、 毛皮 、皮革 、合成
树脂和木材等 。 泡桐木纤维素含 量 占 43 . 49 % 左右 ,
半纤维素含量也在 20 % 左 右 , 因此 , 能用于纤维染色
的染料在理论上应都适用于泡桐材 。 但由于木材中木
素及抽提成分与天然纤维素混合在一起 , 对染料 的溶
剂及染色方法等方面均有影响 。 如 : 泡桐材内含有一
定量的单宁 , 由于单 宁与不同氧化剂作用可将木材染
成不同的颜色 ,而这种颜色又由于木材 内单宁含量的
不均匀而不均一 。 因此 , 单宁对木材 的染色有时是一
种障碍 , 在染色前应将单宁浸除 以防染 色的不一致 。
利用泡桐木原有的特性进行合理 的预处理 , 选择适 合
泡桐染色 的染料和相应的溶剂来处理泡桐材 , 将会取
得良好的效果 。 相信泡桐木染色将会给人们带来更加
丰富多彩 的桐木制品 ,给人以天然美的享受 。
(注 : 文中所涉及的材色表示系采用国际照明委员会 ( C I E ) L ` 、 a ` 、 b ` 系
统 , L . (亮度 ) 、 a ` 、 b . (色度 ) 、△E (总色差 ) 、 T W (白度 ) 、 L ` 、 a ` 、 b ` 等的
侧定用 1℃ 1代玉色差计 c
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文 , 19 9 7 .
(责任编辑 张国萍 )
(上接第 巧 页 )
4 相关的几个问题
4
.
1 原纸国产化
目前 ,浸渍纸生产所需 的装饰原纸还需大量进 口 ,
国产纸经过几年的努力 , 质量有所提高 ,但仍存在印刷
质量差 , pH 值偏低 ,定量不均 , 纤维不匀 ,灰分含量低 ,
浸透性不 良 , 原纸上有纸病 (杂质 )等问题 ,并且素色纸
品种少 。 应会同造纸厂家及科研部 门着力解决这些问
题 , 为浸渍纸生产提供更好的国产原纸 。
4
.
2 走专业化 、 规模化的道路
浸渍纸品种要齐全 、 需 多种花纹和颜 色 ,所 以 , 几
条线组建在一起 比较有利 , 可以相互协调 , 国外的生产
厂家就是这样 。 我国胶合板 、 刨 花板 、 M l ) F 生产走过
的道路进一步提示我们 ,浸渍纸生产也应专业化 、 规模
化 。 目前 ,我国已不宜再盲 目上马浸渍纸生产线 , 必须
上马的应考虑建在已有浸渍纸生产线的厂家 。 同时 ,
应考虑能生产不 同宽度的浸渍纸产品 ,现在我 国已有
的生产线除极个 别的外 , 都是生产 1 25 0~ 宽度的
。
从体制上 , 现有的生产厂家应该探讨成立联合体 。
4
.
3 加强管理
管理是企业的 日常工作 ,是永恒的主题 ,这里要强
调的是 , 浸渍纸可认为是半成品或中间产品 ,它要求一
定的贮存条件并有贮存期限 。 所以 ,要严格生产 、 贮存
和使用 中的管理 。 若生产 出废品 ,或贮存不当和超期
变质 ,几乎没有再生的可能 和利用的价值 , 所 以 ,必须
严格管理 。 此外 , 新技术 、新工艺 、 新原料的采用 , 也必
须依靠严格的管理才能收到预期的效果 。
总之 , 人造板工业的发展需要浸渍纸 ,浸渍纸的革
新与发展也会带动和促进人造板精深加工的发展 。
(责任编辑 袁文慧 )
·消息 ·
征 集
为促进我国木材工业胶粘剂及人造板表面加工的
发展 ,更好地迎接 21 世纪 的到来 , 中国林学会木工学
会胶粘剂及人造板加工研究会与上海木材工业研究所
联合召开学术讨论会 , 时间 : 19 9 9 年 10 月 9 一 12 日 ,
地点上海 。 现就以下内容征集论文 :
1
.
2 1 世纪木材胶粘剂的展望 ;
2
.
2 1 世纪人造板表面加工的展望 ;
3
. 低毒脉醛胶 的研制和 lE 级 中纤 板 、 刨花板 及
F ; 级胶合板的生产 ;
4
. 酚醛 、 三聚氰胺及其改性树脂胶粘剂 ;
5
. 木素胶 、 单宁胶 、异氰酸醋胶和无机粘结剂 ;
6
. 家具用胶 ;
7
. 不施胶的无胶胶合 ;
泡桐木改性处理技术研究综述— 胡伟华
论 文
8
. 废旧塑料在人造板生产和人造板加工 中的应
用 ;
9
. 高压装饰板的新发展 ;
1 0
. 后成型装饰板的生产及其覆贴用胶 ;
1 1
. 人造薄木的研制 、 生产和应用 ;
1 2
. 中纤板和刨花板的表面加工 ;
1 3
. 人造板和家具的封边材料 ;
14
. 木材胶粘剂 和人造板 表面加 工 的其它新 发
展 。
请将应征论文 (有英文摘要 )于 199 9 年 7 月底前
寄联系人颜镇 ,地址 : 北京市颐和园后中国林科院木材
所 , 邮 编 : 10 0 0 9 1 : 电 话 : ( 0 10 ) 628 8 9 4 3 7 、 ( 02 1 )
5 9 7 0 12 7 2
。