速生楊木改性研究進展

陳 成，程瑞香

(東北林業(yè)大學 材料科學與工程學院，哈爾濱 150040)

近年來我國主要木制品的產(chǎn)量和貿(mào)易量大幅增長，就人造板行業(yè)而言，2012年我國產(chǎn)量達到22 335.79萬m3，我國優(yōu)質(zhì)林木資源日趨減少而人工林的面積日益擴大，人工林面積達6 168.84萬m3，人工林蓄積量達196 052.28萬m3[1]。楊樹作為我國重要的速生人工林樹種，被逐漸廣泛應(yīng)用于木材工業(yè)。但是，楊木天然的材質(zhì)限制了它的使用范圍，較難應(yīng)用于高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)?？茖W研究表明：楊木等速生材固碳能力高，是普通實木地板木材的 7～8倍，是減碳的主力軍[2]。在追求自然低碳環(huán)保的今天，迫切需要充分利用楊木資源。本文總結(jié)闡述了近年來我國楊木改性的研究進展。楊木改性涉及的方法很多，可分為兩大類：一類是浸漬改性，包括用有機/無機化學物質(zhì)等浸漬處理。一類是非浸漬改性，包括與其它物質(zhì)復合、熱壓、高溫、汽蒸處理等。下面就這幾方面分別闡述。

1 浸漬改性

1.1 有機物浸漬改性

在木材改性物質(zhì)中對有機物的探索較多，如酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺樹脂等。高喜桃[3]用酚醛樹脂浸漬處理后的楊木制備單板層積材，完全可以達到結(jié)構(gòu)單板層積材El標準。孫振鳶等人[4]發(fā)現(xiàn)改性三聚氰胺樹脂特別適用于速生林樹種的改性處理。王相君等人[5]采用馬來酸酐、月桂酸、硬脂酸和兩步法等對楊木邊材進行處理，楊木吸水增重率與吸水膨脹率均明顯下降。張佳彬等人[6]采用不同濃度的異氰酸酯-丙酮溶液對楊木進行浸漬處理，改性后楊木的表面密度和硬度得以提高。為了進一步改善楊木，將多種有機物聯(lián)合浸漬的思路逐漸應(yīng)用到楊木的改性研究中來。岳孔等人[7]發(fā)現(xiàn)用低分子酚醛樹脂、脲醛樹脂預聚液和氨溶季胺銅防腐液浸漬改性后的楊木耐腐級別達到了強耐腐級。榮磊等人[8]在氨水的作用下，楊木經(jīng)苯酚、甲醛低聚物浸漬后，尺寸穩(wěn)定性與力學性能有了很大改善。馬立軍等人[9]用苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯混合液浸漬楊木單板，楊木單板在材性方面取得較大的改善。譚惠芬等人[10]用脲醛樹脂，丙烯酸酯乳液，硅溶膠浸漬改性楊木，增強了木材的熱穩(wěn)定性與力學性能。王逢瑚等[11]選取苯乙烯、甲基丙烯酸甲脂和醋酸乙烯脂改性楊木制備楊木單板強化材。有機改性物質(zhì)處理木材的效果較好，在我國的研究較早，但是存在諸如甲醛釋放污染環(huán)境問題。

1.2 無機物浸漬改性

無機物浸漬改性處理對木材改性有顯著地作用，有些甚至被用于工業(yè)生產(chǎn)。龔明星等人[12]系統(tǒng)研究了木材的無機改性方法。邱玉玲等人[13]研究表明氯化稀土溶液改性后的楊木的硬度與耐腐性指標均有所提高。周群[14]先后用氯化鈣和碳酸鈉等溶液對楊木進行處理改性后的試件靜曲強度，彈性模量增，順紋壓力，順紋抗壓強度，硬度都有增強。此外，廖恒發(fā)現(xiàn)用硅酸鹽改性后的速生大青楊楊木有較好的力學、阻燃和抑煙性能。姜維娜等人發(fā)現(xiàn)使用硅膠溶液改性楊木纖維制得的纖維板的尺寸穩(wěn)定性得到一定程度的提高。盡管無機物浸漬改性楊木的研究報道不多，由于其無甲醛、低污染成為木材改性研究的熱點。

2 非浸漬改性

非浸漬改性是木材改性的另外一大的研究方向，通過這類方法改性木材能最大程度的保留木材的生物學特性，制得的產(chǎn)品更加環(huán)保低碳，在科研和生產(chǎn)中得到廣泛認可，目前研究方向包括如下幾類。

2.1 與其它材料復合改性

使木材和其它材料復合，賦予木材某些新的性能或改良木材的某些缺點，在木材改性中的研究越來越廣泛。黃靜[15]利用楊木枝椏材等粉末為基材，制備楊木/紫銅粉末新型木基復合材料。張道海[16]用脲醛樹脂制備木塑復合材。付世萃等[17]人認為提高接枝共聚率，添加極性單體，改善單體與木材的親和力將是未來速生楊木強化復合的發(fā)展趨勢。朱一辛等人[18]研究了竹材與楊木制成木竹復合單板層積材性能的變化。劉煥榮[19]以毛竹和人工林楊木為原料，開發(fā)了竹木復合強化單板層積材。馬紅霞[20]研究了以漂白毛竹、碳化毛竹和楊木單板為原料制得的復合材料。楊麗森等人[21]在藤芯重組材料中引入楊木單板，研究了2種藤/木復合材料的結(jié)構(gòu)。姚曉林等[22-23]人用金屬鎳、銅改性速生木材，制備了復合材料。由木材為基礎(chǔ)的強化復合材料，很好的改善了木材性能。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，以楊木等速生木材為基礎(chǔ)的低碳綠色環(huán)保復合新型材料將會成為楊木改性的重要方向。

2.2 壓密改性

木材的密度直接影響木材的性質(zhì)，二者幾乎為正相關(guān)關(guān)系，通過改變楊木密度來獲得好的改性效果也成為一個很重要的方法。陳琛等人[24]研究了壓縮和熱處理因素對密實化楊木單板的密度、尺寸穩(wěn)定性的影響。涂登云等人[25]采用特定的壓縮工藝處理楊木之后，能滿足地板的使用要求。賀宏奎等人[26]從毛白楊壓縮預處理、壓縮時含水率、壓縮工藝等方面研究了各因素對楊木壓縮的影響。陳旻等人[27]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過橫紋壓縮處理后楊木板材當壓縮率為50%時的各項物理力學性能均已超過柞木。壓縮木材回彈成為壓密處理中亟待解決的問題，此外，隨著壓縮率的增大，同時破壞的木材細胞增多，可能會造成木材結(jié)構(gòu)破壞、力學性能降低。

2.3 高溫熱處理改性

高溫熱處理是改善木材尺寸穩(wěn)定性和耐久性的另一種重要方法。曹永建等人[28]研究了白毛楊蒸汽介質(zhì)熱處理對木材性質(zhì)的影響。陳澤君等人[29]發(fā)現(xiàn)高溫熱處理楊木中處理溫度和處理時間對楊木木材的物理力學性能和尺寸穩(wěn)定性有較大的影響。江京輝等人[30]研究表明高溫熱處理過程中，一般溫度應(yīng)不超過200℃。那斌等人[31]研究了高溫熱處理來提高速生楊木的尺寸穩(wěn)定性。高溫熱處理中熱處理的溫度過高木材中纖維素、半纖維素、木素的熱降解反應(yīng)會造成木材力學強度降低。

2.4 其余改性方式

近年來水熱、汽蒸、熏煙熱處理等改性方式也得到廣泛研究。朱捷等人[32]研究發(fā)現(xiàn)楊木經(jīng)水熱軟化處理后，其表面潤濕性能顯著提高。彭毅卿等人[33]對楊木進行汽蒸處理，經(jīng)過汽蒸處理的楊木尺寸穩(wěn)定性和橫向滲透性均得到了改善。劉麗麗等人[34]介紹了熏煙熱處理技術(shù)在木材改性中的應(yīng)用，經(jīng)過熏煙熱處理后的楊木旋切單板，其單板的開裂翹曲等缺陷大大減少。苗平等人[35-36]在汽蒸處理的基礎(chǔ)上，用水溶性低分子量酚醛樹脂進行涂刷和熱壓處理楊木，處理材的物理性能顯著提高。這類改性方法為楊木改性提供了新的研究方向。

3 結(jié)束語

楊木改性使其性能接近或優(yōu)于珍貴優(yōu)質(zhì)木材，緩解珍貴優(yōu)質(zhì)木材緊缺的現(xiàn)狀成為楊木等速生木材應(yīng)用的必需環(huán)節(jié)。雖然楊木浸漬處理改善了楊木材質(zhì)等方面的缺陷，但是由于浸漬處理會產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)、甲醛釋放、污染環(huán)境等問題，隨著人們環(huán)保與自我保護意識的增強，利用天然的或無毒無醛改性物質(zhì)改性楊木，開發(fā)環(huán)保型楊木實木產(chǎn)品將成為以后的研究熱點。已有用淀粉，木聚糖酶，纖維素酶和半纖維素酶，乙酰、聚乙二醇等改性楊木的報道。其次，單純的非浸漬改性很難到達理想的改性效果，聯(lián)合改性的趨勢也越來越明顯，如壓縮-熱處理聯(lián)合改性、密實化-炭化處理等改性方式。另外，木材生物質(zhì)復合材也成為楊木改性的另一新研究方向。如，楊木—秸稈復合結(jié)構(gòu)材料，速生楊木/甘蔗渣重組材等。總之，采取環(huán)保高效的改性方法，提高楊木的利用率與經(jīng)濟價值，滿足人們追求自然的需要必將是楊木改性的發(fā)展趨勢。

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