高熔點石蠟處理木材的抗紫外光老化性能1)

王政 楊茗麟 肖澤芳 王海剛 王永貴 梁大鑫 謝延軍

(木質(zhì)新型材料教育部工程研究中心(東北林業(yè)大學)，哈爾濱，150040)

在木材資源供需矛盾日益突出的當下，人工速生林木材已經(jīng)成為我國木材工業(yè)的主要原料，生產(chǎn)家居制品，建造木結(jié)構(gòu)房屋等。然而速生材由于生長速度快、采伐年限短，存在諸如硬度低、力學性能差、易吸濕變形和耐久性差等材質(zhì)缺點。對木材進行功能化改良是改善其性能、提高其裝飾作用和產(chǎn)品價值的有效途徑?；诳沙掷m(xù)發(fā)展和環(huán)保問題，近年來通過物理法或用環(huán)保試劑處理木材的研究越來越多。

蠟是一類長鏈羧酸酯或醇酯，主要包括蜂蠟和巴西棕櫚蠟等天然蠟、從石油和褐煤中提取的石蠟及烴蠟和酰胺蠟等合成蠟[1]。石蠟是一類綠色環(huán)保、性能穩(wěn)定的木材防水劑，其中石蠟乳液最為經(jīng)濟有效。陳玉等[2]利用含有0.05%過氧化二異丙苯(DCP)的蒙脫土穩(wěn)定石蠟基Pickering乳液浸漬處理青楊(Populuscathayana)邊材，處理材質(zhì)量增加率達到3.50%，在吸水48 h后木材的吸水率為92.6%，較未處理組降低了16.5%，體積膨脹率從12.50%下降到9.92%，木材的吸水性和尺寸穩(wěn)定性得到改善。趙大偉等[3]利用阻燃型石蠟乳液浸漬處理云南松木材，處理材的吸濕和吸水性分別降低3%和40%，氧指數(shù)值比普通石蠟乳液浸漬木材提高了15.6%。Lesar et al.[4]研究顯示，經(jīng)11.7%的褐煤蠟乳液處理的木材含水率從43.9%下降到31.0%，F(xiàn)T-IR顯示1 510 cm-1的木質(zhì)素特征峰仍然存在，木材除了具有較強的疏水性以外，還在一定程度上抑制了木材長期的光降解。為了進一步增強石蠟處理木材的耐老化性能，郭偉等[5]利用1%納米ZnO改性蜂蠟，燙蠟后的木材能夠明顯降低紫外線對處理材顏色的影響，總色差較純蜂蠟處理材降低了42%。Humar et al.[6]利用褐煤蠟乳液對云杉進行浸漬，然后再進行熱處理，結(jié)果顯示蠟浸漬和熱處理具有協(xié)同作用，可顯著增加處理材疏水性，減少水分吸收，降低水蒸氣的吸收速率，并提高處理材的耐腐朽能力，耐久等級為1(非常耐久)。Esteves et al.[7]利用石蠟處理松木，木材具有較好的防白蟻效果，經(jīng)8周測試后，石蠟處理材的白蟻存活率從未處理材的95.3%降低到48.0%。王望等[8]使用石蠟乳液浸漬與高溫熱處理對木材進行復(fù)合處理，木材的疏水性和尺寸穩(wěn)定性改善比單一處理更顯著，這種協(xié)同作用主要是由于高溫熱處理過程中木材新形成的孔隙被熔融狀態(tài)的石蠟填充導(dǎo)致。

在以上的石蠟處理木材方法中，多采用將石蠟乳化形成乳液，通過浸漬處理注入木材。為了改善石蠟乳化效果和增強乳化石蠟在木材細胞孔隙中的滲透效率，所用石蠟的分子量均較小，熔點比較低。雖然低熔點石蠟乳液可以實現(xiàn)防水效果，但其在木材中的滲透深度有限；處理木材在戶外應(yīng)用過程中石蠟受到日照升溫導(dǎo)致軟化熔融，從木材中遷出到表面，從而影響處理材外觀。針對這些問題，本課題組先前利用高熔點的費托蠟，直接在高溫下熔融后通過真空加壓輔助浸漬處理木材，熔融的高熔點費托蠟可以完全滲透市場常見的板材，處理木材的防水性能和力學強度均比未處理材明顯提高[9]。

高熔點費托蠟處理材的防水性能使其具有作為戶外用材的潛能，有必要進一步研究高熔點費托蠟處理對木材的老化性能的影響。本研究選用兩種高熔點費托蠟，在熔融狀態(tài)下處理兩種人工速生林木材——楊木和輻射松，系統(tǒng)評價了高熔點石蠟處理對木材人工老化性能的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

楊木(PopulusadenopodaMaxim)板材購于黑龍江省哈爾濱市方正縣，含水率8.4%，氣干密度(0.52±0.03)g/cm3。輻射松(PinusradiataD. Don)板材產(chǎn)于新西蘭北島的人工速生林，含水率7.9%，氣干密度(0.35±0.02)g/cm3。板材分別鋸切成150 mm(縱向)×5 mm(弦向)×75 mm(徑向)規(guī)格的徑切材。兩種費托蠟由大連隆星新材料有限公司提供，產(chǎn)品牌號分別為LS2120、LS1105H。LS2120和LS1105H的滴落點分別為110～115 ℃和103～110 ℃，運動黏度分別為20～26 mm2/s(120 ℃)和10～15 mm2/s(120 ℃)，針入度分別為2～5和2～8 μm/g，含油量分別小于0.5%和0.2%。

1.2 木材浸漬改性

浸漬前將木材試件置于電熱恒溫鼓風干燥箱(DHG-9625A，上海一恒實驗儀器有限公司)于103 ℃下烘至絕干，稱質(zhì)量并測量尺寸。將兩種高熔點費托蠟分別放入150 L不銹鋼攪拌罐在120 ℃下完全熔融成液體。將木材在可加熱的浸漬罐(哈爾濱鍋爐廠工業(yè)鍋爐公司)中堆放好，加熱浸漬罐體到120 ℃并保溫1 h；然后將熔融的費托蠟液體導(dǎo)入浸漬罐浸沒木材，浸漬罐抽真空至-0.08 MPa下保持1 h使費托蠟充分溶脹浸漬木材，再卸去真空將浸漬罐加壓至0.6 MPa保持2 h，最后取出浸漬試樣后刮去表面多余的石蠟，得到浸漬處理材。未處理的楊木和輻射松、費托蠟2120處理的楊木和輻射松、費托蠟1 105 H處理的楊木和輻射松分別簡記為YC、SC、Y2、S2、Y1和S1。

1.3 人工加速紫外老化試驗

用400目砂紙對處理材表面進行砂光處理，再使用高壓氣槍吹掃除去表面的浮塵，接著稱量其絕干質(zhì)量。人工加速老化儀參數(shù)設(shè)置參照ASTM G154-2006《非金屬材料紫外線曝光用熒光設(shè)備使用標準》進行，設(shè)置QUV老化儀(QUV/SPRAY，美國Q-panel公司)最大吸收波長為340 nm，強度0.77 W·m-2·nm-1，每12 h為一個周期，其中60 ℃下照射處理材8 h，關(guān)閉紫外燈后在50 ℃下靜置4 h。此過程中老化設(shè)備水槽中的水蒸發(fā)產(chǎn)生水蒸汽(樣品室空間相對濕度控制在65%)，以模擬戶外自然老化過程中的凝露現(xiàn)象。

1.4 費托蠟及處理材性能測試

費托蠟性能測試：采用功率補償型差示掃描量熱儀(DSC Q600，美國TA儀器有限公司)測量兩種費托蠟本身的相變溫度，測試溫度范圍30～200 ℃，升降溫速率為10 ℃/min，高純氮氣保護，吹掃氣流速50 mL/min，利用DSC的分析軟件從實驗所得熱流曲線獲得材料的峰溫及相變溫度。分別取適量費托蠟粉末用紅外光譜儀(Magna-IR560、美國Thermo Nicolet公司)進行紅外光譜分析表征。FTIR掃描分辨率為4 cm-1，掃描次數(shù)為32次/min，掃描范圍4 000～600 cm-1。

處理材質(zhì)量增加率與密度測定：從浸漬罐中取出費托蠟處理材冷卻后，去除木材表面殘留蠟后稱質(zhì)量并測量尺寸。處理材的質(zhì)量增加率(WPG)和密度(ρ)計算如公式(1)和(2)所示。

(1)

式中：WPG為木材質(zhì)量增加率(%)；m1為試件浸漬后的絕干質(zhì)量(g)；m0為試件浸漬前的絕干質(zhì)量(g)。

ρ=m/v。

(2)

式中：ρ為試件密度(g/cm3)；v為試件體積(cm3)；m為試件質(zhì)量(g)。

表面顏色檢測：利用掃描儀和分光測色計(CM-2300d、日本Minolta公司)對老化不同時間的試件進行圖片掃描記錄和色差檢測。色差(ΔE)采用CIE(1976)L*a*b*系統(tǒng)評價，L為明度指數(shù)，a和b是色品指數(shù)。每組9個重復(fù)測試樣品，ΔE計算如公式(3)所示。

ΔE=[(ΔL)2+(Δa)2+(Δb)2]1/2。

(3)

接觸角測試：將人工加速紫外老化試驗測試0、120、240、360、480 h后的未處理和處理材取出后稱質(zhì)量，計算含水率，每組6個重復(fù)樣品。木材試樣的含水率計算如公式(4)所示。

(4)

式中：MC為木材試樣的含水率(%)；m1為木材試樣在相應(yīng)時間老化后的質(zhì)量(g)；m0為處理后試樣的絕干質(zhì)量(g)。

使用接觸角測量儀(OCA 15EC、德國Dataphysics公司)對人工加速老化0、120、240、360、480 h后的未處理和處理材表面的接觸角進行測試。第一次水接觸木材試樣貼面基板1 s后的角度定義為初始接觸角，每組6個重復(fù)樣品。

化學組分測定：分別將紫外加速0、120、240、360、480 h后的樣品表面進行FTIR表征。FTIR掃描分辨率為4 cm-1，掃描次數(shù)為32次/min，掃描范圍4 000～600 cm-1。選取未老化和在人工加速老化480 h之后的試樣，用刀片切下木材被照射的表面(外露表面積約10×10 mm2，深度約1 mm)，然后將其利用XPS測試儀(ESCALAB 250XI，美國Thermo Fisher公司)先進行寬掃(0～1 350 eV)，再分別掃描C和O元素。

表面微觀形貌觀察：分別將紫外加速0、480 h后的樣品用刀片小心地剝下老化面7 mm(徑向)×7 mm(縱向)的表面層，將樣品固定到掃描電子顯微鏡(FEI Quanta200，荷蘭FEI公司)專用樣品架上，置于25 ℃的真空烘箱中干燥，噴金處理后在掃描電子顯微鏡下觀察。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種高熔點費托蠟的性能

兩種費托蠟的差示掃描量熱曲線(DSC)如圖1a所示，圖中曲線包含費托蠟的一次升溫熔融過程和一次降溫冷卻凝固過程。第一次升溫熔融過程中，費托蠟在90和100 ℃附近分別出現(xiàn)熔融峰。這是因為市售石蠟多為混合物，不同相對分子質(zhì)量的費托蠟會出現(xiàn)不同相變峰，可能由兩方面的原因?qū)е?，一是石蠟中存在的低碳原子?shù)的烷烴融化形成的；二是由于石蠟中的烷烴晶型轉(zhuǎn)變形成的。以費托蠟1 105 H為例，在升溫過程中，Ⅰ(60 ℃)處開始熔融，Ⅱ處和Ⅲ處分別為不完善晶體和完善晶體兩個較高的熔融峰，兩個峰比較窄，說明費托蠟的相對分子質(zhì)量分布窄；在降溫曲線過程中，Ⅴ和Ⅵ處分別為不完善晶體和完善晶體兩個較高的冷卻結(jié)晶峰，Ⅳ處為完全凝固，表明費托蠟2 120熔點大于費托蠟1 105 H。正構(gòu)烷烴的熔點隨著相對分子質(zhì)量的增大而升高，因此費托蠟的熔點可以間接表征其相對分子量大小[10]。費托蠟2 120的黏度比1 105 H大，也進一步證明了費托蠟2 120的平均分子量比費托蠟1 105 H大。

兩種石蠟粉末在紅外光區(qū)域的譜圖(FTIR)如圖1b所示。通過對蠟樣品的FTIR分析發(fā)現(xiàn)，其中波長729 cm-1為CH2的搖擺振動峰，1 462 cm-1為CH3的不對稱彎曲振動峰，2 849、2 917 cm-1為C—H(CH2和CH3)的非對稱和對稱的拉伸振動峰，均為石蠟的特征峰。市售石蠟主要成分為正構(gòu)烷烴，另外還含有少量異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴和芳烴，以及微量S、N、O化合物[11]。與費托蠟1 105 H相比，費托蠟2 120在波長1 735 cm-1出現(xiàn)了較弱CO峰，說明石蠟2 120中含有少量羧基官能團；在波長1 150 cm-1出現(xiàn)了—C—O峰，說明其中含有少量的脂肪族官能團[12]；在波長966 cm-1出現(xiàn)了CC峰，是不飽和反式脂肪酸的特征峰[13]。本研究所用的費托蠟與其它文獻報道的石蠟相比，費托蠟含有的雜質(zhì)量仍然很低[14]。

2.2 處理材質(zhì)量增加率和密度

兩種高熔點石蠟2 120和1 105 H浸漬處理后的木材質(zhì)量增加率如表1所示。費托蠟2 120和1 105 H處理楊木的質(zhì)量增加率分別為94.9%、88.0%，費托蠟2 120和1 105 H處理松木的質(zhì)量增加率分別為121.4%和119.5%。樹種對質(zhì)量增加率有很大影響，兩種費托蠟處理輻射松的質(zhì)量增加率均比處理楊木高，這主要是因為輻射松有較寬的生長輪和較大的細胞腔，有利于熔融蠟在木材中的滲透和擴散。費托蠟種類對木材質(zhì)量增加率的影響不明顯，這是由于在相同的處理條件下，熔融的石蠟液體均能在木材微觀孔隙中產(chǎn)生相似的擴散能力[9]。兩種費托蠟在木材細胞腔中的填充作用顯著增加了兩種木材的密度，處理材的密度均在0.83 g/cm3左右，較未處理材提高約2倍。未處理松木的絕干密度比楊木的絕干密度低，有利于石蠟在細胞的沉積，導(dǎo)致處理材浸漬的石蠟比較多，從而使石蠟處理的松木要比石蠟處理的楊木的密度略大，石蠟的種類對密度的影響不明顯。

圖1 兩種高熔點費托蠟的DSC和紅外光譜曲線

表1 石蠟處理楊木和松木的質(zhì)量增加率及密度

2.3 老化木材表面顏色變化

未處理材和石蠟處理材人工老化過程中表面的掃描圖如圖2所示。楊木及輻射松初始顏色呈淺黃色，輻射松表面顏色深于楊木。石蠟處理加深了木材的顏色，使得早晚材間的色差加大，促使木材原有紋理變得較為清晰；木材顏色的變化主要與木質(zhì)素、黃酮類和酚類等有機抽提物相關(guān)，這些結(jié)構(gòu)中含有羰基、碳碳雙鍵和苯環(huán)等一些發(fā)色基團和助色基團。在石蠟處理木材過程中，半纖維等不穩(wěn)定物質(zhì)在較長時間加熱條件下和細胞腔中殘余空氣發(fā)生氧化降解，產(chǎn)生含有發(fā)色基團糠醛等物質(zhì)，從而導(dǎo)致木材顏色的改變[15]。經(jīng)過120 h人工老化之后，未處理木材和石蠟處理材表面顏色發(fā)生了明顯變化，主要原因為初始階段木質(zhì)素在光作用下生成發(fā)色基團。在經(jīng)過240 h之后，木材表面顏色變化趨于減緩，360 h之后未處理木材和費托蠟1 105 H處理材表面顏色在宏觀上沒有明顯變化。相比費托蠟1 105 H處理材，費托蠟2 120處理材表面更易產(chǎn)生泛白現(xiàn)象。這主要是因為費托蠟2 120分子量大，在表面砂光處理過程中比小分子費托蠟1 105 H更難拋光，從而影響可見光在處理材表面的反射和透過率，木材表面局部出現(xiàn)塑料性質(zhì)的發(fā)白現(xiàn)象。

圖2 未處理材和石蠟處理材人工老化過程中的掃描圖

圖3顯示未處理及處理木材表面在老化過程中明度L和色差ΔE的變化。石蠟處理降低了木材的L值，說明石蠟處理后，木材顏色加深，明度值下降。未處理木材的L值隨著老化時間一直下降，而兩種費托蠟處理木材的表面L值僅在初期(120 h)呈現(xiàn)一些下降，隨后L值保持相對穩(wěn)定。隨著紫外照射時間的延長，試樣表面的顏色色差值逐漸變大，在24 h之內(nèi)變化最明顯；費托蠟1 105 H處理材的變化率要快于費托蠟2 120，這可能是因為費托蠟2 120分子量大，顏色相對于費托蠟1 105 H深，在降解過程中變化相對小。隨著老化時間的延長，未處理材和費托蠟1 105 H處理材色差值逐漸趨于穩(wěn)定，而費托蠟2 120處理材變化較為明顯，主要是因為石蠟的遷移，導(dǎo)致處理材表面的石蠟表面泛白，明度提高，從而使色差較小。

圖3 人工加速老化過程中未處理和石蠟處理松木的明度和總體顏色變化

2.4 疏水性能

圖4a顯示未處理及處理木材表面在紫外老化期間含水率的變化。石蠟處理后木材試樣的含水率明顯低于未處理試樣，且在紫外老化過程中，處理試樣含水率沒有發(fā)生明顯變化。一方面，這是由于石蠟填充體占據(jù)了細胞腔的空間，且石蠟是一種高度憎水的烴類混合物，因此堵塞了水分擴散進木材的微觀通道[16]；另一方面，石蠟雖然不能進入細胞壁中，但附著在細胞內(nèi)壁上，減少了細胞壁因吸濕膨脹。處理松木比處理楊木的含水率稍微更低，主要是因為輻射松細胞孔隙結(jié)構(gòu)更簡單，擁有大的細胞腔，被大量的石蠟填充占據(jù)了水分附著的空間。

人工加速老化過程中未處理及石蠟處理材接觸角變化如圖4b。隨著老化時間的增加，未處理木材的表面接觸角逐漸減小，這是因為老化過程中，木材中木質(zhì)素的降解，使其表面親水性纖維素的相對含量增加，因而改善了木材的表面潤濕性[17]。與未處理的木材相比，石蠟處理材在人工老化前后均顯示出較高的接觸角。石蠟通過填充木材細胞腔降低了木材表面的潤性，使水不容易穿透木材表面。費托蠟2 120處理材比費托蠟1 105 H處理材有更高的接觸角，主要是因為處理材在老化過程中部分費托蠟2 120遷移到木材表面的緣故。

圖4 人工加速老化過程中未處理和石蠟處理材含水率和接觸角變化

2.5 表面化學性能

不同人工加速老化時間后的FTIR譜圖如圖5所示。未進行處理的楊木(圖5a)和松木(圖5d)在1 510 cm-1處的木質(zhì)素芳香骨架振動吸收峰和位于1 265 cm-1處的半纖維素中的C—O拉伸振動吸收峰強度，隨著紫外照射的時間增加而減小。經(jīng)120 h照射后，芳香族振動峰幾乎完全消失，這是因為木質(zhì)素的特征峰(1 510 cm-1)中的芳香化合物容易被紫外線(UV)降解[18]。而位于1 265 cm-1處的C—O拉伸振動峰峰值也在逐漸消失，但消失速度低于木質(zhì)素，這是因為在木材的三大組分中，木質(zhì)素降解速率最快，半纖維素次之，纖維素相對穩(wěn)定[19-21]。位于1 370、1 315和1 160 cm-1的吸收峰是纖維素的特征峰，其隨著時間沒有表現(xiàn)出明顯的變化，這意味著木材中的纖維素大分子結(jié)構(gòu)在紫外照射過程中相對穩(wěn)定。

與未照射的未處理材相比，石蠟處理材(圖5b、5c、5e和5f)在1 472、718 cm-1處表現(xiàn)出額外的吸收峰，這是浸漬后木材中石蠟的特征峰。經(jīng)120 h照射后，石蠟處理后的處理材在1 510 cm-1處的木質(zhì)素芳香骨架拉伸振動吸收峰消失了，說明石蠟處理并不能防止木質(zhì)素光降解。在1 265 cm-1處的半纖維素中的C—O拉伸振動吸收峰隨著時間在不斷減小，纖維素的特征峰在紫外照射過程中沒有發(fā)生明顯變化。這個結(jié)果表明，這兩種費托蠟處理對木材組分，尤其是紫外光敏感的木質(zhì)素沒有實質(zhì)性保護作用。兩種費托蠟的特征峰強度隨著老化時間延長有增大趨勢，但沒有新的特征峰出現(xiàn)，這意味著位于木材細胞中的石蠟雖然有向表面遷移的現(xiàn)象，但是對紫外線降解的抵抗能力更強。

圖5 不同人工加速老化時間后的FTIR曲線

未處理材和費托蠟處理材人工老化前后XPS曲線如圖6所示，表2數(shù)據(jù)顯示木材在老化前后氧碳比情況。由于人工老化過程中紫外線作用，未處理木材的C1s峰降低，O1s峰升高，說明在紫外光的作用下，木材中的木質(zhì)素和半纖維素同空氣中的氧氣分子發(fā)生自由基降解反應(yīng)，從而導(dǎo)致O1s的數(shù)量增大。未處理材的氧碳原子數(shù)量比在紫外照射后增加，也進一步證明了木材表面發(fā)生了較強的光氧化降解，這意味著紫外照射導(dǎo)致木材表面纖維素含量相對較高，而木質(zhì)素含量降低[22]。

圖6 未處理材和費托蠟處理材人工老化前后XPS曲線

表2 未處理材和費托蠟處理材經(jīng)480 h老化前后的表面XPS元素分析

與未老化的未處理材的氧碳原子比相比，石蠟處理材的氧碳原子比明顯降低，氧碳原子數(shù)量比的降低是由于石蠟處理后引入了富含碳元素的直鏈烷烴。費托蠟2 120處理材的碳元素數(shù)量要比費托蠟1 105 H處理材的稍微高一點，這是因為費托蠟2 120的相對分子質(zhì)量要大于1 105 H，因此含有更多的碳元素。經(jīng)過老化后，與未老化處理材的氧碳原子數(shù)量比相比，處理材的氧碳原子數(shù)量比顯示出較低的值。氧碳原子數(shù)量比的降低是由于處理材在老化過程中，在溫度作用下有部分石蠟遷移到木材表面，使表面含有大量碳元素的直鏈烷烴。

以松木為例分析不同費托蠟處理及其老化前后XPS譜圖的C1s曲線擬合峰(圖7)。C1s峰中的4個峰通常表示為C1、C2、C3、C4，這些峰分別對應(yīng)于C—C和(或)C—H(C1)、C—O(C2)、CO和(或)O—C—O(C3)OC—O(C4)。C1峰對應(yīng)于木質(zhì)素、半纖維素和抽提物中的碳(C—C)基團，如木質(zhì)素和抽提物的脂肪酸和碳氫基團；C2峰對應(yīng)于木質(zhì)素的O—CH基團和抽提物及多糖的C—O—C鍵；C3峰對應(yīng)于木質(zhì)素的OCH基團和C—O—C鍵[23]。因此，C1與木質(zhì)素和抽提物的存在有關(guān)，C2和C3則被認為主要來源于纖維素和半纖維素。未處理材C1組分在老化480 h后的峰值都有所降低，表明老化降解了木材的木質(zhì)素。木材試樣在老化后，C2和C3峰值增加，表明空氣中的氧氣分子參與了木質(zhì)素光降解反應(yīng)，木質(zhì)素對老化所引起的降解比纖維素更為敏感。

a.未處理材老化前；b.蠟2 120處理材老化前；c.蠟1 105 H處理材老化前；d.未處理材老化后；e.蠟2 120處理材老化后；f.蠟1 105 H處理材老化后。

與未處理材相比，處理材的C1峰強度增加，這是因為處理木材含有大量的石蠟(富含C—C和C—H鍵)。與費托蠟1 105 H處理材相比，費托蠟2 120處理材在紫外照射前后C1峰強度都很大，說明分子量較大的費托蠟2 120在紫外光老化中相對更穩(wěn)定。經(jīng)過紫外照射后，處理材所有的峰值都有所減少，顯示木材和費托蠟均發(fā)生了一定的光降解。未處理和費托蠟處理楊木的C1s譜圖與松木非常相似，因此略去。

2.6 表面形貌變化

由于QUV測試中的輻射面大多都是木材的縱切面，為了更好地觀察木材在橫切面的老化情況，將試樣的橫切面直接作為輻射面進行測試。未處理和費托蠟處理楊木和松木橫切面的掃描電鏡圖見圖8和圖9。

a.未處理材老化前；b.蠟2 120處理材老化前；c.蠟1 105 H處理材老化前；d.未處理材老化后；e.蠟2 120處理材老化后；f.蠟1 105 H處理材老化后。

a.未處理材老化前；b.蠟2 120處理材老化前；c.蠟1 105 H處理材老化前；d.未處理材老化后；e.蠟2 120處理材老化后；f.蠟1 105 H處理材老化后。

與未老化的未處理材(圖8a和圖9a)相比，使用費托蠟處理的試樣(圖8b、8c、9b、9c)在細胞壁上表現(xiàn)無差異，石蠟僅填充于木材的細胞腔中。石蠟處理沒有完全封閉細胞腔，在細胞腔內(nèi)石蠟與木材細胞壁之間有空隙，這主要是因為石蠟在冷卻時由于體積收縮導(dǎo)致。經(jīng)過480 h的人工老化之后，紫外線破壞了未處理楊木和松木試樣(圖8d和9d)的細胞結(jié)構(gòu)，由于木質(zhì)素的降解，胞間層消失，木材細胞壁變薄和彎曲，使得細胞變形；相比之下，石蠟處理后的木材試樣(圖8e、8f、9e和9f)在經(jīng)過480 h人工老化之后木材細胞壁變薄，但石蠟從細胞腔中向外遷移，在人工老化的過程中，木材的細胞壁被石蠟遮擋，因此可以在一定程度上保護了細胞壁不受進一步光降解的影響。

未處理和費托蠟處理材縱切面老化480 h前后的掃描電鏡見圖10和圖11。與未老化的未處理材(圖10a和圖11a)相比，費托蠟處理楊木和松木的薄壁組織和導(dǎo)管等大細胞腔組織完全被石蠟填滿，這有助于降低水蒸氣在木材中的滲透和擴散。經(jīng)過480 h的紫外照射之后，紫外線破壞了未處理試樣(圖10d和11d)的細胞結(jié)構(gòu)，由于木質(zhì)素的降解，木材細胞壁變薄和開裂。石蠟處理后的木材試樣(圖10e、10f、11e和11f)在經(jīng)過480 h人工老化之后木材表面變的粗糙，一方面是因為紫外線破壞了細胞結(jié)構(gòu)，另一方面是由于石蠟從細胞腔中向外遷移覆蓋木材表面導(dǎo)致的。

a.未處理材老化前；b.蠟2 120處理材老化前；c.蠟1 105 H處理材老化前；d.未處理材老化后，e.蠟2 120處理材老化后；f.蠟1 105 H處理材老化后。

a.未處理材老化前；b.蠟2 120處理材老化前；c.蠟1 105 H處理材老化前；d.未處理材老化后；e.蠟2 120處理材老化后；f.蠟1 105 H處理材老化后。

圖11 未處理與費托蠟處理松木縱切面老化480 h前后的掃描電鏡圖

3 結(jié)論

高熔點費托蠟的熔點在100 ℃以上，這就使石蠟具有良好的熱穩(wěn)定性，不容易在使用過程中出現(xiàn)融化現(xiàn)象。熔融蠟處理木材，木材的浸漬效果良好，兩種費托蠟處理木材密度均較素材提高近2倍，楊木和輻射松的質(zhì)量增加率分別達到90%和120%左右。

紫外照射過程中木材表面顏色變化主要發(fā)生在前120 h，雖然費托蠟處理并不能抑制木質(zhì)素等組分的紫外光降解，但由于其在細胞腔中的高效填充，可以物理遮蔽木材細胞壁，減緩木材表面褪色速率和細胞壁組分自由基氧化降解。

費托蠟處理使木材含水率均在5%以下，接觸角可達100°以上，這就降低了木材的吸濕性和提高了木材表面的疏水性，有助于減少木材戶外應(yīng)用時液態(tài)水和水蒸氣導(dǎo)致的木材變形開裂等老化現(xiàn)象。在老化過程中，費托蠟仍然具有沿著細胞腔向木材表面遷移的現(xiàn)象，這一方面可以在木材表面形成一層防水層和保護層，降低木材的老化速率，但另外一方面也可能污染木材表面，導(dǎo)致表面美觀度下降。