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热处理木材在建筑装饰中的应用
2008-02-02 16:59:27 阅读 2322次 分享 0次

  热处理木材是指将木材置于高温缺氧(温度高达l 80—230℃)和一定相对湿度的环境中进行长达24 h处理后的一种产品。通过这一处理手段尽可能的消除木材成分中的亲水性羟基基团,并生成其它疏水性基团,从而使其具备未处理材所没有的特殊性能。

  首先,热处理木材与未处理材相比具有较低的吸湿性,因此具有较强的尺寸稳定性。Itoman等人通过实验证明热处理木材的干缩和湿涨性与未处理前相比会降低50%~90%,顾炼百等通过对4种木材热处理后吸湿性能研究得出:经热处理后4种木材平均吸湿性下降率高达5 1.87%,尺寸稳定性平均提高42.36%。这主要是由于木材经热处理后,主要成分半纤维素发生降解,所含游离羟基数量大幅度减少,而木材中纤维素的结晶度和晶体的尺寸由于受热而有所增大。也正是因为热处理木材的吸湿性降低,木材的平衡含水率降低,木材内部环境不再适合腐朽菌和虫蚁生存,因此其耐腐性比未处理材也有明显的提高。

  在以往的研究中人们还发现热处理后木材的一些力学性质有降低的趋势,如木材的抗弯强度和拉伸强度一般会降低10%以上,同时木材的冲击韧性、硬度、表面耐磨度也会有一定程度的下降。但这种力学性质的下降并不会限制热处理木材的使用(结构件除外)。造成这种现象的主要原因是由于木材的三大成分即纤维素、半纤维素和木素在热处理过程中都发生了不同程度的降解和结构变化。热处理木材的质量和密度也会伴随细胞成分的降解而降低。同时,热处理后木材的颜色会有所加深,着漆性也会随之发生改变。另外,还有研究发现热处理对木材的导热性不会产生太大影响。

  1.热处理木材在建筑装饰中的应用

  目前市场上通行的对木材进行防腐处理的方法主要是向木材添加含砷和铬的水载防腐剂如加铬砷酸铜(chromated copper arsenate),简称ccA。然而,近年来,美国、加拿大、欧洲已经立法不再允许使用cCA(工业和特殊环境方面除外)。随着人们环保意识的增强,消费者对木材制品需求品味的提升,木材工业也开始朝着绿色、健康的方向发展。由于热处理木材具有较强的耐腐性,因此将其代替ccA这种铜铬砷盐化合物处理过的木材及其制品使用无疑是一种明智的选择。据统计,加拿大每年需要将4.1亿板英尺木材进行ccA防腐处理,总费用高达14亿加元。因此,充分利用热处理木材的耐腐性能还会带来相当可观的经济效益。

  针对热处理木材所具备的上述性质,可将其广泛应用于室内外建筑装饰领域。在木材工业发达的一些国家早有了这方面的尝试。如坐落于德国汉诺威帐篷东区中心地带的帐篷就是由芬兰的斯蒂拉克(stellac)公司生产的热处理木材制成的。在芬兰的艾兹堡(Espoo)市,最新的Espoonlahti calTOls汉堡包快餐店,室内外都采用了热处理木材,芬兰的卡尔特(cultor)公司的办公楼正面也采用了热处理材。在日本,一些车站和度假别墅的木建筑中也运用了这种材料。鉴于热处理木材特有的优良性能可将热处理木材应用到如下场合:

  1)普通场合:经过一定处理的热处理木材外观优美,质地良好,不易变形,将其用于制造地板、门窗、家具等木制品用于家庭、商场、宾馆等普通室内场合,无疑是一种很好的做法。特别是热处理木材的导热性优良,将其制成地板,特别是制成在有地采暖条件下使用的地板实为可取之举,这一点已被证实。我国学者顾炼百等通过将热处理木材制成地板并将其导热性与强化木地板、实木复合地板相对比,其中,热处理实木地板厚度为18 mm,实木复合地板厚度为12.5 mm,强化木地板厚度为8 mm。研究表明18 mm厚热处理实木地板的导热效能优于12.5 mm厚实木复合地板。8 mm厚的强化木地板由于其厚度小,故导热效能略高于热处理实木地板。

  2)特殊场合:由于热处理材具有一些特殊性能,因此亦可以将其制成特种装饰材料,用于一些特殊场合,起到特殊的装饰效果。首先,由于热处理木材尺寸稳定性好,耐腐耐久性较佳,因此可以将其用于较为潮湿的环境中,如游泳馆、桑拿房、厨房等地,甚至用于室外,如制成各种室外木制家具如亭椅、桌凳、木栅栏、码头用材及造船等。中国林科院刘君良等通过对大青杨木材进行热处理后发现,热处理后大青杨木材的抗(胀)缩率(ASE)与阻湿率(MEE)明显增加,当热处理温度达到200℃,处理时间长达20 h以上时,ASE将高达80%以上,MEE也高达70%以上。因此,热处理木材不会因环境相对湿度的变化而发生变形,用这种木材所做的门、窗在温带国家能开启自如,不再受季节和温度的影响。同时,根据热处理木材不含化学药剂无毒无污染这一特性,可将其制成儿童家具、玩具用于幼儿园、动物园、医院等特殊场合。

  但应该注意的是,由于热处理木材的力学性质有所降低,故不推荐将其制成强度要求较高的结构用材,不过一些大型建筑和小型建筑的墙壁骨架和预制墙体等还是可以充分利用这一材料的。同时,由于热处理木材密度降低,重量减轻,因此将其用作房屋建筑的顶棚材料及各种包装材料也是比较科学的。另外,随着温度的升高,处理材的颜色由浅褐色变成深褐色,可以充分利用这一点选择合适的热处理工艺,对一些浅色木材进行处理,使其色调显得凝重高贵,仿名贵木材,从而可以大幅提升其附加值与装饰效果,例如将其用作浴室的墙面、地面装饰,显得温馨而又富丽堂皇。如今,国外已经逐步开始将热处理木材的生产产业化。芬兰的热处理工艺始创于上个世纪90年代,到本世纪初,芬兰的热处理木材生产企业已多达12家,加拿大安大略省、不列颠哥伦比亚省和美国明尼苏达州已经建立热处理木材生产厂,并对其产品的销售显示了极大信心。亚洲的日本和马来西亚也陆续建成了热处理木材产企业。

  2.热处理木材的发展趋势

  由于热处理木材的改性手段属物理手段,不采用任何的化学药品,在环保的方面具有很强的优势,因此如何能使热处理木材具有更加广泛的产业化空间,应用于更加广泛的建筑装饰领域,是未来研究的重要方向。木材经过热处理后会改善木材的耐腐朽性,提高木材的尺寸稳定性,但木材的力学性质却有所降低,而且木材的颜色有所变暗。为了改善这一不足,巩固上述优点,在未来的研究中应注意以下几个方面:

  1)有效控制热处理后木材质量。由于热处理会降低木材的力学性质并使木材的颜色变暗,因此应该严格控制热处理工艺,尽量不降低木材的力学性质,不改变原有木材的优良色泽。并注意对热处理后木材进行分等分级,以适用不同的场合。

  2)最近,国外学者发现在热处理的早期阶段木材的各项力学指标却有上升的趋势。Bror Sundqvist在对白桦木材进行热处理时发现了这一现象。当处理条件为180℃处理2.5 h,180℃处理l h,200℃处理l h,抗弯弹性模量、抗弯强度、抗冲击韧性,以及硬度这4项力学指标均较未处理材相比有所增高,其值分别为:24 000MPa、185 MPa、90 MPa和2.5 MPa。对这种现象的解释主要是在加热条件下木材的纤维素和半纤维素产生压缩并形成新的化学键而造成的。因此,找到使热处理木材在改善尺寸稳定性及耐久性的同时,并使其力学强度不但不降低反而有所增强的最优工艺是未来研究的一大趋势。同时还应充分考虑改善热处理木材的加工性能,如旋切、握钉、涂饰性能等。这样热处理木材便有了更加广泛的应用空间。

  3)注意热处理后木材颜色变深这一特性,以最终产品所需颜色进行工艺研究,对热处理木材的颜色定量分析,模仿珍贵热带深色树种。并注意在使用过程中热处理木材颜色的稳定性等。

  4)尽管热处理木材不含任何化学药剂,但研究发现木材在热处理过程中却生成了酸类、醛类等对环境不利、威胁人畜健康的物质,因此,在未来的研究中对热处理木材制造过程中产生的可能污染环境的废水废气的适当处理也应该有所考虑。使热处理木材从制造到成品均无毒无害。

  3结语

  由于世界性天然林面积不断减少,取而代之的大量人工林材质与耐入性均不甚理想,因此,应该使热处理木材的技术向更大的方向发展,即扩展热处理技术应用到更多树种的木材,不再仅仅局限于杨木、桦木、云杉、橡胶木等。并保证热处理木材性能优异、价格合理、使用方便、应用面广,使之称为名副其实的多功能绿色环保建筑装饰材料。

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  热处理木材是指将木材置于高温缺氧(温度高达l 80—230℃)和一定相对湿度的环境中进行长达24 h处理后的一种产品。通过这一处理手段尽可能的消除木材成分中的亲水性羟基基团,并生成其它疏水性基团,从而使其具备未处理材所没有的特殊性能。

  首先,热处理木材与未处理材相比具有较低的吸湿性,因此具有较强的尺寸稳定性。Itoman等人通过实验证明热处理木材的干缩和湿涨性与未处理前相比会降低50%~90%,顾炼百等通过对4种木材热处理后吸湿性能研究得出:经热处理后4种木材平均吸湿性下降率高达5 1.87%,尺寸稳定性平均提高42.36%。这主要是由于木材经热处理后,主要成分半纤维素发生降解,所含游离羟基数量大幅度减少,而木材中纤维素的结晶度和晶体的尺寸由于受热而有所增大。也正是因为热处理木材的吸湿性降低,木材的平衡含水率降低,木材内部环境不再适合腐朽菌和虫蚁生存,因此其耐腐性比未处理材也有明显的提高。

  在以往的研究中人们还发现热处理后木材的一些力学性质有降低的趋势,如木材的抗弯强度和拉伸强度一般会降低10%以上,同时木材的冲击韧性、硬度、表面耐磨度也会有一定程度的下降。但这种力学性质的下降并不会限制热处理木材的使用(结构件除外)。造成这种现象的主要原因是由于木材的三大成分即纤维素、半纤维素和木素在热处理过程中都发生了不同程度的降解和结构变化。热处理木材的质量和密度也会伴随细胞成分的降解而降低。同时,热处理后木材的颜色会有所加深,着漆性也会随之发生改变。另外,还有研究发现热处理对木材的导热性不会产生太大影响。

  1.热处理木材在建筑装饰中的应用

  目前市场上通行的对木材进行防腐处理的方法主要是向木材添加含砷和铬的水载防腐剂如加铬砷酸铜(chromated copper arsenate),简称ccA。然而,近年来,美国、加拿大、欧洲已经立法不再允许使用cCA(工业和特殊环境方面除外)。随着人们环保意识的增强,消费者对木材制品需求品味的提升,木材工业也开始朝着绿色、健康的方向发展。由于热处理木材具有较强的耐腐性,因此将其代替ccA这种铜铬砷盐化合物处理过的木材及其制品使用无疑是一种明智的选择。据统计,加拿大每年需要将4.1亿板英尺木材进行ccA防腐处理,总费用高达14亿加元。因此,充分利用热处理木材的耐腐性能还会带来相当可观的经济效益。

  针对热处理木材所具备的上述性质,可将其广泛应用于室内外建筑装饰领域。在木材工业发达的一些国家早有了这方面的尝试。如坐落于德国汉诺威帐篷东区中心地带的帐篷就是由芬兰的斯蒂拉克(stellac)公司生产的热处理木材制成的。在芬兰的艾兹堡(Espoo)市,最新的Espoonlahti calTOls汉堡包快餐店,室内外都采用了热处理木材,芬兰的卡尔特(cultor)公司的办公楼正面也采用了热处理材。在日本,一些车站和度假别墅的木建筑中也运用了这种材料。鉴于热处理木材特有的优良性能可将热处理木材应用到如下场合:

  1)普通场合:经过一定处理的热处理木材外观优美,质地良好,不易变形,将其用于制造地板、门窗、家具等木制品用于家庭、商场、宾馆等普通室内场合,无疑是一种很好的做法。特别是热处理木材的导热性优良,将其制成地板,特别是制成在有地采暖条件下使用的地板实为可取之举,这一点已被证实。我国学者顾炼百等通过将热处理木材制成地板并将其导热性与强化木地板、实木复合地板相对比,其中,热处理实木地板厚度为18 mm,实木复合地板厚度为12.5 mm,强化木地板厚度为8 mm。研究表明18 mm厚热处理实木地板的导热效能优于12.5 mm厚实木复合地板。8 mm厚的强化木地板由于其厚度小,故导热效能略高于热处理实木地板。

  2)特殊场合:由于热处理材具有一些特殊性能,因此亦可以将其制成特种装饰材料,用于一些特殊场合,起到特殊的装饰效果。首先,由于热处理木材尺寸稳定性好,耐腐耐久性较佳,因此可以将其用于较为潮湿的环境中,如游泳馆、桑拿房、厨房等地,甚至用于室外,如制成各种室外木制家具如亭椅、桌凳、木栅栏、码头用材及造船等。中国林科院刘君良等通过对大青杨木材进行热处理后发现,热处理后大青杨木材的抗(胀)缩率(ASE)与阻湿率(MEE)明显增加,当热处理温度达到200℃,处理时间长达20 h以上时,ASE将高达80%以上,MEE也高达70%以上。因此,热处理木材不会因环境相对湿度的变化而发生变形,用这种木材所做的门、窗在温带国家能开启自如,不再受季节和温度的影响。同时,根据热处理木材不含化学药剂无毒无污染这一特性,可将其制成儿童家具、玩具用于幼儿园、动物园、医院等特殊场合。

  但应该注意的是,由于热处理木材的力学性质有所降低,故不推荐将其制成强度要求较高的结构用材,不过一些大型建筑和小型建筑的墙壁骨架和预制墙体等还是可以充分利用这一材料的。同时,由于热处理木材密度降低,重量减轻,因此将其用作房屋建筑的顶棚材料及各种包装材料也是比较科学的。另外,随着温度的升高,处理材的颜色由浅褐色变成深褐色,可以充分利用这一点选择合适的热处理工艺,对一些浅色木材进行处理,使其色调显得凝重高贵,仿名贵木材,从而可以大幅提升其附加值与装饰效果,例如将其用作浴室的墙面、地面装饰,显得温馨而又富丽堂皇。如今,国外已经逐步开始将热处理木材的生产产业化。芬兰的热处理工艺始创于上个世纪90年代,到本世纪初,芬兰的热处理木材生产企业已多达12家,加拿大安大略省、不列颠哥伦比亚省和美国明尼苏达州已经建立热处理木材生产厂,并对其产品的销售显示了极大信心。亚洲的日本和马来西亚也陆续建成了热处理木材产企业。

  2.热处理木材的发展趋势

  由于热处理木材的改性手段属物理手段,不采用任何的化学药品,在环保的方面具有很强的优势,因此如何能使热处理木材具有更加广泛的产业化空间,应用于更加广泛的建筑装饰领域,是未来研究的重要方向。木材经过热处理后会改善木材的耐腐朽性,提高木材的尺寸稳定性,但木材的力学性质却有所降低,而且木材的颜色有所变暗。为了改善这一不足,巩固上述优点,在未来的研究中应注意以下几个方面:

  1)有效控制热处理后木材质量。由于热处理会降低木材的力学性质并使木材的颜色变暗,因此应该严格控制热处理工艺,尽量不降低木材的力学性质,不改变原有木材的优良色泽。并注意对热处理后木材进行分等分级,以适用不同的场合。

  2)最近,国外学者发现在热处理的早期阶段木材的各项力学指标却有上升的趋势。Bror Sundqvist在对白桦木材进行热处理时发现了这一现象。当处理条件为180℃处理2.5 h,180℃处理l h,200℃处理l h,抗弯弹性模量、抗弯强度、抗冲击韧性,以及硬度这4项力学指标均较未处理材相比有所增高,其值分别为:24 000MPa、185 MPa、90 MPa和2.5 MPa。对这种现象的解释主要是在加热条件下木材的纤维素和半纤维素产生压缩并形成新的化学键而造成的。因此,找到使热处理木材在改善尺寸稳定性及耐久性的同时,并使其力学强度不但不降低反而有所增强的最优工艺是未来研究的一大趋势。同时还应充分考虑改善热处理木材的加工性能,如旋切、握钉、涂饰性能等。这样热处理木材便有了更加广泛的应用空间。

  3)注意热处理后木材颜色变深这一特性,以最终产品所需颜色进行工艺研究,对热处理木材的颜色定量分析,模仿珍贵热带深色树种。并注意在使用过程中热处理木材颜色的稳定性等。

  4)尽管热处理木材不含任何化学药剂,但研究发现木材在热处理过程中却生成了酸类、醛类等对环境不利、威胁人畜健康的物质,因此,在未来的研究中对热处理木材制造过程中产生的可能污染环境的废水废气的适当处理也应该有所考虑。使热处理木材从制造到成品均无毒无害。

  3结语

  由于世界性天然林面积不断减少,取而代之的大量人工林材质与耐入性均不甚理想,因此,应该使热处理木材的技术向更大的方向发展,即扩展热处理技术应用到更多树种的木材,不再仅仅局限于杨木、桦木、云杉、橡胶木等。并保证热处理木材性能优异、价格合理、使用方便、应用面广,使之称为名副其实的多功能绿色环保建筑装饰材料。

责任编辑:宋健
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