湖北木材尺寸稳定化的方法（物理法）

尺寸稳定化的方法

关于木材尺寸稳定化的方法有许多分类方法。美国A．J．Starnm把这些

方法分为五大类：①用交叉层压的方法进行机械抑制；②防水涂料的内部或

外部涂饰；③减少木材吸湿性；④对木材细胞壁组分进行化学交联；⑤用化

学药品预先使细胞壁增容。L、C．Palka对木材尺寸稳定化的分类方法如表

8＊所示。这种分类方法不在于是否采用了化学药剂处理，、而在于是否与细

胞壁组分发生了化学反应，以此将木材尺寸稳定处理方法分为物理法和化学

法两大类。这也是对分类的广义定义，有时既有物理方法，也有化学方法，

，难截然划分.

物理法

1．防水处理

防水处理即提高木材被水润湿、浸透的抵抗能力，其中只具有抵抗润湿

的性能称为拒水性。关于木材的防水和拒水的严密区别，迄今尚未见研究报

告，但主要是拒水处理。

拒水是在固体表面与水滴之间所引起的一种相对界面现象，与润湿正好

相反。拒水性质或程度受到固体表面的化学性质、吸附分子的存在量、表面

粗糙度及孔隙率等因素的影响。

各种拒水剂对木材的处理试验结果表明，在室外放置1年后，只有含蜡

成分的拒水剂耐久性强。含亚麻油类（好与石蜡混合）、清漆及硅树脂

的拒水剂在室外暴露的效果日渐变劣。另外，有效的拒水剂，能吸收大气中

的污染物而使明度下降。

硅油、石蜡等处理材的防水率可达到 75％～90％，抗胀（缩）率为70％一85％。实践表明，混合拒水剂比单一的效果好，所含石蜡浓度越大防

水率越高，拒水处理材暴露于室外含水率变化小，尺寸稳定性好。

木材尺寸稳定化的各种方法

方 法

具 体 方 法

物理法

在锯解时尽量做到尺寸变化小；

．根据使用条件进行润湿处理

纤维方向交叉层压综合平衡：a．垂直相交��胶合板、定向刨花板，b .不定向组合��刨花板、纤维板；

覆面处理：a 外表面覆面��涂饰、贴面，b、内表面覆面��浸注性担水剂处理、木塑复合材；

填充细胞腔：a．非聚合性药品��一聚乙二醇处理，b．聚合性药品��制造木塑复合材；

细胞壁的增容：a 非聚合性药品��聚乙二醇、各种盐及糖处理，b 聚合性药品��酚醛树脂处理

化学法

减少亲水基团��加热处理；

置换亲水基团��醚化（氯乙基化等），酯化（乙酰化等）；

聚合物的接枝：a 加成反应��环氧树脂处理，b．自由基反应��用乙烯基单体制造木塑复合材；

交联反应��y射线照射，甲醛处理

用辐射松、黑松、赤松等树皮的苯醇抽提物处理木材后其拒水性增强，

其原因是脂肪酸及羟基脂肪酸在木材表面产生定向排列。用浓度为5％的二

氧化铬溶液处理后木材抗侵蚀，耐候性好，吸湿性降低，拒水效果好。此

外，还有其他一些金属氧化物，如氧化锌、氢氧化锌等拒水效力归因于金属

氧化物与木质素的基本结构单元愈疮木酚发生反应生成不溶于水的络合物，

当用氧化锌和氢氧化锌处理时，与木质素生成锌络合物。但在大规模处理时

由于强酸或强碱存在，对木材有劣化作用。

2．防湿处理

利用涂饰或贴面可延缓湿空气在木材中的扩散速度，减少木材对水蒸气

的吸着速率，由此减少膨胀和表面开裂的速率。表面涂饰的效果取决于涂料

的性质及它们所处的环境。在人们熟知的所有在木材外表面上的涂饰涂料或

多或少地均有水分的渗透，并且随着时间的增长其渗透作用增强。在相对湿

度周期性变化或风化试验时间延长到1年以上时，这些涂料的拒水作用实际

已基本消失。常用的外表面覆面涂饰材料有油脂漆、天然树脂漆、酚醛树脂

漆、醇酸树脂漆、硝基漆、氨基树脂漆、聚酯漆、丙烯酸漆、聚氨酯漆等。

此外，还可以将拒水材料溶解在挥发性溶剂中制成粘度低、流动性好的

溶液注入木材内部，当溶剂挥发后将拒水材料留存在木材的内表面上，这种

处理方法，称为内表面覆面处理或内部涂饰法。该法常常应用于对加工构件

的临时防湿处理和暂时保护。在处理时可将松香、漆片等天然树脂、蜡、干

性油等溶解在烷烃溶剂中，然后注入木材，使之具有短期的防湿作用。如在

溶剂中加人防腐剂（如五氯酚等），也可使木材具有一定的防腐效力。

这种覆面（涂饰）处理方法只能降低水蒸气和水在木材中的传导速率，

推迟或延缓由水分的变化引起的膨胀或收缩，却不能改变木材的终平衡含

水率，其防湿和拒水作用的效力低而且是短期的。

将低相对分子质量的酚醛树脂注人木材后加热产生缩合、聚合反应，生

晚不溶性树脂．使木材获得尺寸稳定，并可改良其他性质。

用酚醛树脂或脲醛树脂处理时，随着木材中树脂含量增加，其抗胀

（缩）率增加，当树脂含量达到 30％一 40％时，抗胀（缩）率增加迟缓。

Goldstein等人研究认为，尺寸稳定性与羟甲基酚含量关系密切。树脂的聚

合度越低，羟甲基酚含量越多，处理后木材的抗胀（缩）率越高。在低相对

分子质量树脂中含有较多的羟甲基酚，经高温固化可与木材中的羟基彼此形

成氢键结合或化学结合。此外，用低相对分子质量树脂处理时，要比水对木

材产生的膨润作用还大，具有明显的增容效果，这样才有利于提高抗胀

（缩）率，由此可知，用低相对分子质量的酚醛树脂处理使木材尺寸稳定化

的原理在于使木材增容和形成氢键。

高相对分子质量树脂多沉积在细胞腔内，与内部涂饰类似，只有抑制尺

寸变化速度的作用，而不能从根本上改善木材尺寸的稳定性。

处理时树脂的固化程度也对抗胀（缩）率有明显影响，硬化状态只有达

到一定状态时才具有足够的硬度。

处理后对木材的力学性质也产生影响。如与未处理材相比，顺纹抗压强

度约提高皿倍，抗弯强度及抗弯弹性模量约提高30％，硬度和耐磨性也有

提高，木材韧性约比未处理材下降 112，抗拉强度也有降低。但高相对分子质量

树脂比低相对分子质量树脂处理的木材的韧性、抗拉强度、静曲强度好些。

此外，由于酚醛树脂处理材的吸湿性减小，由此改变了电绝缘性。与未

处理材相比，在相对湿度为 30％时，固有电阻约提高 10倍，在相对湿度为

90％时提高 100～100倍，抗胀（缩）率达到 60％～70％的处理材不产生

腐朽，对防蚁、防虫也有效果。

酚醛树脂也适用处理单板，可用处理后的单板制造层积村或强化层积

木。在制造刨花板和纤维板时进行树脂处理既可提高强度也可提高尺寸稳定性。

4．聚乙二醇处理

浸渍或涂饰聚乙二醇，可使木材的膨胀和收缩变小，随之即可减少木材开裂、翘曲、扭转、变形等。它是一种常用的木材增容处理剂。

保存在瑞典斯德哥尔摩郊区的木制战舰（wasa），就是用硼砂和硼酸

（比例3：7）中混人相对分子质量为4000的聚乙二醇，制成溶液喷涂在舰体

上，防止开裂与腐朽而保存至今。日本在保存出土木材、木制品、木雕艺术

品原本形态时常用聚乙二醇进行处理。

（二）聚乙二醇的性质

它是环氧乙烷与水或乙二醇加成反应而得到的链状聚合物，

低相对分子质量的聚乙二醇可

以任何比例与水相溶，几乎可以完全置换膨润木材中的水分。经研究，用相

对分子质量 1000的聚乙二醇为多。平均相对分子质量 1000～1500者，

适宜作增容剂。相对分子质量超过3500者，由于分子尺寸较大，则不易进

人木材的细胞壁。

（2）木材的聚乙二醇处理

聚乙二醇适于处理温材和生材，一般常压浸渍即可，处理过程举例如

下：

以 30 mm（径向）X 30 mrn（弦向）X 5 mm（纵向）的桦木生材为试

件，调配相对分子质量为 1000或 1500的聚乙二醇的 25％～30％水溶液，

温度为常温至80℃（根据要求定），将试件浸入溶液中，时间为15～200

min或更长。然后，将木材试件从溶液中取出，用纸等擦净试件表面上的溶

液，放在烘箱中干燥，并与未处理材对照。测定处理及未处理试件在干、湿

状态时的尺寸变化，计算抗胀（缩）率及增容率，评定尺寸稳定性。

（3）聚乙二醇处理材的性质

①尺寸稳定性。采用 30％聚乙二醇水溶液，在（55土 5）℃温度下加热

浸渍 20 h后，马尾松等四种木材试件的尺寸稳定性如表 8．2所示。由表中

数据可见，处理材的径、弦向于缩比明显降低，抗缩率（ASE）显著提高，

高可达68．74。％。

聚乙二醇浸人膨润状态的细胞壁内，在低相对湿度时细胞壁中的聚乙二

醇保持膨润状态，在高相对湿度时聚乙二醇变为水溶液，保持膨润，单位质量

的聚乙二醇所产生的体积增加量甚至比水的还多。因此说处理材的尺寸稳

定化主要是聚乙二醇的增容效果。

在同一相对湿度的条件下，低相对分子质量的聚乙二醇处理材的吸湿量

较大，如相对分子质量过高，水溶解性能变差，尺寸稳定性也降低。因此，

一般常用的相对分子质量范围为 1000～1500，其水溶液的浓度为 25 ％一

30％。处理对木材含水率越高，聚乙二醇的含有率也越大，因此抗胀（缩）

率也越高，所以生材比干燥材的处理效果好。

聚乙二醇处理一般在液相中进行，也可用环氧乙烷在气相中进行。即以

三甲胺作催化剂，使环氧乙烷在木材中聚合，在细胞壁中生成乙二醇和聚乙

M醇，质量增加率为 22％一 25％时，抗胀（缩）率达 65％左右。这种处理

存在的问题是，未反应的三甲胺可使材质劣化。

②其他性质。力学性质：处理材的抗压强度、抗弯强度及耐磨性均随聚

乙二醇留存量的增加而下降，韧性升高。

由吸湿过程中的应力松弛可知，未处理材有应力大值，而处理村则为

单调减少。

由于聚乙二醇对木材的增容作用，对细胞壁没有强化，微纤丝的运动比

未处理材容易，滑移现象在压缩、拉伸两种应力下都可能发生。在横向载荷

作用时细胞壁容易变形，因此油松比也变高。

干燥性：聚乙二醇处理材易吸湿，难解吸，聚合物含量越高，膨润压越

低，越难干燥。处理材在快速或高温干燥时开裂很少，干燥时体积收缩率也

小，可提高单板干燥的合格率。如在聚乙二醇溶液中干燥生材，由于热扩散

系数比在空气中大，含水率降低较快些。

胶合性：通过对各种浓度的聚乙二醇（相对分子质量 1000）水溶液处

理黄桦单板的胶合性能研究结果表明，干酪素胶、冷压脲醛胶、热压酚醛

胶，聚乙二醇含量对常温下胶合强度和木破率没有影响，对其他胶粘剂，聚

乙二醇含量越多，胶合质量越差。因为聚乙二醇处理后木材自身的凝聚力变

小，材面可吸附更多的水分，因此影响界面胶合力。低相对分子质量的聚乙

二醇与水溶性的胶粘剂有相溶性，在水溶性酚醛树脂中加人 30％的聚乙二

醇（相对分子质量为200）时，可使材料的表面润湿性提高，也可防止胶层

在热压之前就自行干燥，从而有利于胶结。

用聚乙二醇湘对分子质量 400和 1500）处理的木材，对油性涂料或

醇酸涂料的附着性均较未处理材差些。

耐腐性：用各种浓度的聚乙 M醇（相对分子质量 1000）水溶液处理西

加云杉木材，然后用 enzites trabeasl7菌进行 3个月的培养试验。当聚乙二

醇的含量达到 18％以上时，木材不产生腐朽现象。这是由于聚乙二醇对水分

有强烈的吸收作用，细胞壁中菌类生存时所必需的水分减少的缘故。

此外，聚乙二醇对防止胶合板面板的开裂，提高木质人造板的尺寸稳定

性，防止光变色和提高漂白村的耐光性等方面均有独到作用。