地采暖用木質(zhì)地板尺寸穩(wěn)定性研究進(jìn)展

何金存, 張 妍, 周志芳, 王宏棣*, 王書文

(1.黑龍江省木材科學(xué)研究所，黑龍江哈爾濱 150081；2.哈爾濱松江雙象木業(yè)有限公司，黑龍江哈爾濱 150036)

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地采暖用木質(zhì)地板尺寸穩(wěn)定性研究進(jìn)展

何金存1, 張 妍1, 周志芳1, 王宏棣1*, 王書文2

(1.黑龍江省木材科學(xué)研究所，黑龍江哈爾濱 150081；2.哈爾濱松江雙象木業(yè)有限公司，黑龍江哈爾濱 150036)

摘要結(jié)合國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀，分析地采暖用木地板存在的問(wèn)題，提出改善地采暖用實(shí)木地板尺寸穩(wěn)定性的技術(shù)有表面密實(shí)化處理技術(shù)、高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)、乙?；n處理技術(shù)、面層涂飾防潮處理技術(shù)等，提高地采暖用實(shí)木復(fù)合地板尺寸穩(wěn)定性的技術(shù)有包覆處理技術(shù)、浸漬處理技術(shù)、面板熱處理技術(shù)等，并對(duì)地采暖用木質(zhì)地板的發(fā)展前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞地采暖用木質(zhì)地板；尺寸穩(wěn)定性；研究現(xiàn)狀

Research Progress on Dimensional Stability of Wooden Floor for Heating

HE Jin-cun, ZHANG Yan, ZHOU Zhi-fang, WANG Hong-di*et al (Heilongjiang Institute of Wood Science, Harbin, Heilongjiang 150081)

AbstractAccording to the domestic research status, existing problems of wooden floor for heating were analyzed, technologies for perfecting the dimensional stability of solid wood flooring were proposed including surface densification processing technology, high temperature heat treatment, acetylation impregnation treatment, surface finishing dampproofing treatment; technologies for improving the dimensional stability of solid wood composite floor were also put forward, such as coating treatment, soaking treatment, panel heat treatment technology, the development prospect of wooden floor for heating was forecasted.

Key wordsWooden floor for heating; Dimensional stability; Research status

黑龍江省位于我國(guó)東北部，冬季溫度較低，供暖期長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月，冬季供暖問(wèn)題受到人們普遍關(guān)注。常用采暖方式存在較多缺點(diǎn)，例如室內(nèi)溫差大、人體感知效果不佳和裝置占用室內(nèi)空間大等。地采暖是通過(guò)在地面下方鋪設(shè)的暖氣管道來(lái)采暖，使室內(nèi)溫度均勻，給人以腳暖頭涼的感覺，并且不占用室內(nèi)空間[1]。地采暖具有其他采暖方式不具備的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)在我國(guó)被越來(lái)越多地應(yīng)用于建筑領(lǐng)域。地采暖用木質(zhì)地板也越來(lái)越受到人們的關(guān)注。目前市面上用于地采暖用的木質(zhì)地板有實(shí)木地板、實(shí)木復(fù)合地板和強(qiáng)化復(fù)合地板等產(chǎn)品。大部分家庭主要以實(shí)木地板和實(shí)木復(fù)合地板供地采暖用。以木材作為地采暖用材存在諸多缺點(diǎn)，其中最主要的是供暖期造成的溫濕度變化會(huì)使其產(chǎn)生干縮或濕脹變形，從而造成地板變形、翹曲及開裂。因此提高地采暖用木質(zhì)地板的尺寸穩(wěn)定性十分重要。目前科研人員對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)研究[2]。筆者結(jié)合國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀，分析了地采暖用木質(zhì)地板存在的相關(guān)問(wèn)題，提出了改善地采暖用木質(zhì)地板穩(wěn)定性的方法，以期促進(jìn)地采暖用木質(zhì)地板行業(yè)健康有序發(fā)展。

1提高地采暖用實(shí)木地板尺寸穩(wěn)定性的技術(shù)研究

鋪裝方式、使用環(huán)境和人為因素是造成地采暖用實(shí)木地板出現(xiàn)各類問(wèn)題的主要因素。解決這些問(wèn)題的主要思路是提升地采暖用實(shí)木地板抵抗干縮濕脹的能力。目前研究的技術(shù)多樣，主要有表面密實(shí)化處理技術(shù)、高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)、乙?；n處理技術(shù)、面層涂飾防潮處理技術(shù)等。

1.1表面密實(shí)化處理技術(shù)國(guó)家一系列原木禁伐政策的實(shí)施，造成實(shí)木地板行業(yè)原材料緊缺、價(jià)格上漲。目前實(shí)木地板生產(chǎn)原料大量采用速生材，但速生材存在材質(zhì)松軟、硬度小、強(qiáng)度低等缺點(diǎn)。通過(guò)純物理方式對(duì)木材表層進(jìn)行密實(shí)化增強(qiáng)技術(shù)處理，可以克服速生材的固有缺陷，提高速生材的表面硬度、尺寸穩(wěn)定性，改善木材色澤，延長(zhǎng)木材的使用壽命，得到的壓縮木實(shí)木地板能完全替代珍貴硬闊葉材生產(chǎn)的實(shí)木地板。

表面密實(shí)化處理技術(shù)是將木材在180~230 ℃超高溫條件下進(jìn)行壓縮處理，整個(gè)過(guò)程中不涉及任何化學(xué)藥劑的使用。相對(duì)于目前常用的低分子樹脂浸漬壓縮方法而言，該技術(shù)簡(jiǎn)單易操作，具有節(jié)約成本、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。且采用高溫?zé)釅簤嚎s密實(shí)工藝對(duì)速生材進(jìn)行壓縮，在大幅提升速生材密度、硬度、靜曲強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能的同時(shí)，通過(guò)控制壓縮處理過(guò)程中的溫度來(lái)提高壓縮木的穩(wěn)定性及耐腐耐候性等性能，得到的產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于地采暖環(huán)境中[3]。

1.2高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)超高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)是以常壓過(guò)熱蒸汽作為保護(hù)介質(zhì)，采用頂風(fēng)機(jī)型窯式熱處理設(shè)備，將木材放在超高溫的環(huán)境中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的熱解處理，可以減少木材組分中羥基濃度，從而降低木材吸濕特性和釋放內(nèi)應(yīng)力，達(dá)到提升木材尺寸穩(wěn)定性能的目的，得到的產(chǎn)品可以滿足地采暖地板使用要求。同時(shí)，經(jīng)過(guò)處理的木地板材料耐腐性能得到很大的提高，產(chǎn)品還適用于戶外地板和園林景觀[4-5]。

一般在溫度為185～210 ℃條件下，通過(guò)高溫調(diào)濕技術(shù)將實(shí)木地板含水率控制在5%～9%，快速消除殘余應(yīng)力，減小含水率偏差，使高溫?zé)崽幚韺?shí)木地板含水率在相對(duì)濕度40%～80%范圍變化時(shí)幾乎保持不變，從而使高溫?zé)崽幚韺?shí)木地板可以應(yīng)用于地?zé)岘h(huán)境。通過(guò)調(diào)節(jié)熱處理溫度和時(shí)間，使早晚材區(qū)分不明顯的木材紋理變得清晰，光澤度大幅提高，有效提升普通木材的裝飾效果[6]。

1.3乙?；n處理技術(shù)乙?；n處理技術(shù)是采用罐式高壓浸漬技術(shù)對(duì)速生材(如楊木、杉木、輻射松、樟子松等)進(jìn)行乙酰化改性處理。乙酸酐與木材中的羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，木材中的羥基自由基經(jīng)過(guò)乙?；磻?yīng)變成乙?；鶊F(tuán)。木材中的羥基自由基乙?；梢阴；鶊F(tuán)后，木材吸水能力大幅降低，有效提升了木材的尺寸穩(wěn)定性。同時(shí)，樹脂在木材內(nèi)部得到固化，使木材密度和力學(xué)強(qiáng)度得到顯著提高，從而使以速生材生產(chǎn)的實(shí)木地板達(dá)到室內(nèi)使用要求[7-8]。

乙?；n處理后的木地板穩(wěn)定性好、力學(xué)強(qiáng)度大、強(qiáng)重比高、使用壽命長(zhǎng)、實(shí)用范圍廣，可廣泛應(yīng)用于地暖、戶外等，使實(shí)木地板多功能化，實(shí)現(xiàn)了實(shí)木地板從單一功能向多功能的轉(zhuǎn)變。另外，乙?；n木還可用于室內(nèi)外家具、建筑材料等領(lǐng)域。通過(guò)乙?；幚碓鰪?qiáng)速生材的力學(xué)強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性能，達(dá)到劣材優(yōu)用的目的，延長(zhǎng)了速生木材使用壽命，節(jié)約了有限的木材資源，對(duì)木材工業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義[9]。

1.4面層涂飾防潮處理技術(shù)面層涂飾防潮處理技術(shù)指的是在實(shí)木地板外表面涂飾一層防潮層，可以有效封閉底邊面層與外界傳導(dǎo)水分的通道，有效控制地板材料內(nèi)部的水分變化，減小環(huán)境濕度對(duì)地板穩(wěn)定性的影響。面層涂飾處理主要是保證地板所有面層完全封閉，從而保持地板尺寸穩(wěn)定性，滿足地采暖用木質(zhì)地板使用要求。

雖然面層涂飾防潮處理技術(shù)可以使實(shí)木地板應(yīng)用于地采暖環(huán)境，但該技術(shù)還有一些不足，例如涂飾處理會(huì)掩蓋實(shí)木材料的天然品質(zhì)，使消費(fèi)者無(wú)法確定地板材質(zhì)；地板基材內(nèi)部存在一定水分，在涂飾封閉處理之后，其內(nèi)部水分無(wú)法釋出，容易引起基材內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，使得漆膜表面發(fā)生開裂、脫落等問(wèn)題，且易導(dǎo)致地板發(fā)生霉變[10]。

2提高地采暖用實(shí)木復(fù)合地板尺寸穩(wěn)定性的技術(shù)研究

實(shí)木復(fù)合地板的結(jié)構(gòu)類似于膠合板結(jié)構(gòu)，相對(duì)收縮量較小，橫紋抗拉強(qiáng)度低，表板和底板的樹種和厚度均不相同，造成地板結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，材料變形量不同，容易出現(xiàn)變形、開裂等問(wèn)題。環(huán)境溫濕度發(fā)生變化時(shí)，面層材料產(chǎn)生干縮應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致地板整體穩(wěn)定性能下降，故需要采取多種方法來(lái)提高實(shí)木復(fù)合地板的尺寸穩(wěn)定性。

2.1包覆處理技術(shù)實(shí)木復(fù)合地板尺寸會(huì)隨環(huán)境溫濕度的變化而改變，造成地板安裝使用后出現(xiàn)扒縫、拱起、變形等現(xiàn)象。通常使用噴漆、石蠟、鋁膜和固體粉末涂料對(duì)地板邊部進(jìn)行封邊處理，其中噴漆和石蠟封邊是多層實(shí)木復(fù)合地板邊部處理常用方法。地板背部主要用油漆噴涂或使用鋁膜、軟木和紡織品等材料進(jìn)行包覆處理，油漆噴涂是最常用的方式。國(guó)內(nèi)企業(yè)常采用涂飾和貼面等方式對(duì)地板四邊和背面進(jìn)行包覆處理，提高其尺寸穩(wěn)定性，防止地板因吸濕或解吸而發(fā)生尺寸變化。

噴漆處理可以掩蓋部分基材缺陷，起到美化作用。噴漆或石蠟封邊2種處理技術(shù)對(duì)在高濕環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間使用的實(shí)木復(fù)合地板起到的保護(hù)效果有限，因此最好采用平衡紙封底或涂飾2~3遍UV封閉底漆，達(dá)到封閉木材表面管孔的效果，同時(shí)配合邊部蠟封，可提高多層實(shí)木復(fù)合地板的尺寸穩(wěn)定性[11]。

2.2浸漬處理技術(shù)目前生產(chǎn)實(shí)木復(fù)合地板表板多選擇材性好的闊葉樹木材，如楓木、水曲柳、樺木和胡桃木等，而地板芯層和底層原材料多選用人工林速生材。一般情況下，材料性能差異容易導(dǎo)致地板出現(xiàn)變形、開裂等問(wèn)題，而通過(guò)浸漬處理技術(shù)可以降低實(shí)木復(fù)合地板表板材料的吸水性和體積膨脹率，從而有效改善木材的尺寸穩(wěn)定性。低分子量水溶性樹脂(如酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂、呋喃樹脂等)通過(guò)浸漬處理進(jìn)入木材細(xì)胞壁，在加熱干燥和固化條件處理后，樹脂形成水不溶性聚合物，可防止水分進(jìn)入木材，提高木材的尺寸穩(wěn)定性[12]。樹脂濃度對(duì)尺寸穩(wěn)定性的影響較為顯著，各項(xiàng)指標(biāo)均隨著濃度的增加而增加，但增加到一定程度后，會(huì)停止增加甚至減小[13]。

2.3面板熱處理技術(shù)面板熱處理技術(shù)是通過(guò)高溫處理使實(shí)木復(fù)合地板面板中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素發(fā)生熱解，熱解反應(yīng)會(huì)減少木材中的親水基團(tuán)，同時(shí)生成疏水基團(tuán)，降低面板材料受外界環(huán)境濕度的影響，從而提高面板材料尺寸穩(wěn)定性，降低面板開裂率。

選用人工林木材(例如楊木等低密度材料)作為實(shí)木復(fù)合地板的表板時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行熱處理改性，熱處理?xiàng)l件：溫度為200 ℃，處理時(shí)間為2 h，控制壓縮率為50%，使人工林木材也可用于實(shí)木復(fù)合地板生產(chǎn)加工，從而提升人工林木材附加值[14]。采用改性后的楊木木材作為表板生產(chǎn)的實(shí)木復(fù)合地板，其各項(xiàng)性能指標(biāo)值均能滿足《實(shí)木復(fù)合地板國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18103-2013》的要求。若選取白蠟?zāi)尽⒆跄?、香樟、荷木等作為?shí)木復(fù)合地板的坯料，采用蒸汽熱處理方法，溫度為185 ℃，熱處理數(shù)小時(shí)，處理后的木材吸濕性降低，全干密度降低，可有效提高木材的尺寸穩(wěn)定性，但木材硬度會(huì)受處理時(shí)間影響，呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)[15]。

3展望

我國(guó)地域特點(diǎn)決定60%以上人口需要在冬季采暖，部分地域冬季采暖期長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月，因此適用于地采暖用的木質(zhì)地板產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間巨大。隨著技術(shù)的不斷成熟，地采暖用木質(zhì)地板的市場(chǎng)份額越來(lái)越大。預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年，地?zé)岵膳Ｊ綍?huì)因其節(jié)能、舒適、環(huán)保等特點(diǎn)而得到更多消費(fèi)者的認(rèn)可。

目前，對(duì)于實(shí)木地板和實(shí)木復(fù)合地板應(yīng)用于地采暖環(huán)境的研究較多。未來(lái)可進(jìn)一步根據(jù)影響地采暖用木質(zhì)地板尺寸穩(wěn)定性的問(wèn)題，結(jié)合企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，從而為相關(guān)企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)工藝、提升產(chǎn)品質(zhì)量提供參考，達(dá)到促進(jìn)地采暖用木質(zhì)地板行業(yè)健康有序發(fā)展的目的。

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收稿日期2015-12-28

作者簡(jiǎn)介何金存(1984- )，男，安徽懷寧人，副研究員，碩士，從事木材科學(xué)與技術(shù)研究。*通訊作者，研究員，博士，從事木基復(fù)合材料研究。

基金項(xiàng)目黑龍江省基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(HCZ201403)。

中圖分類號(hào)S 781.62

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)03-200-02