速生杨木改性研究进展

陈 成，程瑞香

(东北林业大学 材料科学与工程学院，哈尔滨 150040)

近年来我国主要木制品的产量和贸易量大幅增长，就人造板行业而言，2012年我国产量达到22 335.79万m3，我国优质林木资源日趋减少而人工林的面积日益扩大，人工林面积达6 168.84万m3，人工林蓄积量达196 052.28万m3[1]。杨树作为我国重要的速生人工林树种，被逐渐广泛应用于木材工业。但是，杨木天然的材质限制了它的使用范围，较难应用于高附加值产品的生产。科学研究表明：杨木等速生材固碳能力高，是普通实木地板木材的 7～8倍，是减碳的主力军[2]。在追求自然低碳环保的今天，迫切需要充分利用杨木资源。本文总结阐述了近年来我国杨木改性的研究进展。杨木改性涉及的方法很多，可分为两大类：一类是浸渍改性，包括用有机/无机化学物质等浸渍处理。一类是非浸渍改性，包括与其它物质复合、热压、高温、汽蒸处理等。下面就这几方面分别阐述。

1 浸渍改性

1.1 有机物浸渍改性

在木材改性物质中对有机物的探索较多，如酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂等。高喜桃[3]用酚醛树脂浸渍处理后的杨木制备单板层积材，完全可以达到结构单板层积材El标准。孙振鸢等人[4]发现改性三聚氰胺树脂特别适用于速生林树种的改性处理。王相君等人[5]采用马来酸酐、月桂酸、硬脂酸和两步法等对杨木边材进行处理，杨木吸水增重率与吸水膨胀率均明显下降。张佳彬等人[6]采用不同浓度的异氰酸酯-丙酮溶液对杨木进行浸渍处理，改性后杨木的表面密度和硬度得以提高。为了进一步改善杨木，将多种有机物联合浸渍的思路逐渐应用到杨木的改性研究中来。岳孔等人[7]发现用低分子酚醛树脂、脲醛树脂预聚液和氨溶季胺铜防腐液浸渍改性后的杨木耐腐级别达到了强耐腐级。荣磊等人[8]在氨水的作用下，杨木经苯酚、甲醛低聚物浸渍后，尺寸稳定性与力学性能有了很大改善。马立军等人[9]用苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯混合液浸渍杨木单板，杨木单板在材性方面取得较大的改善。谭惠芬等人[10]用脲醛树脂，丙烯酸酯乳液，硅溶胶浸渍改性杨木，增强了木材的热稳定性与力学性能。王逢瑚等[11]选取苯乙烯、甲基丙烯酸甲脂和醋酸乙烯脂改性杨木制备杨木单板强化材。有机改性物质处理木材的效果较好，在我国的研究较早，但是存在诸如甲醛释放污染环境问题。

1.2 无机物浸渍改性

无机物浸渍改性处理对木材改性有显著地作用，有些甚至被用于工业生产。龚明星等人[12]系统研究了木材的无机改性方法。邱玉玲等人[13]研究表明氯化稀土溶液改性后的杨木的硬度与耐腐性指标均有所提高。周群[14]先后用氯化钙和碳酸钠等溶液对杨木进行处理改性后的试件静曲强度，弹性模量增，顺纹压力，顺纹抗压强度，硬度都有增强。此外，廖恒发现用硅酸盐改性后的速生大青杨杨木有较好的力学、阻燃和抑烟性能。姜维娜等人发现使用硅胶溶液改性杨木纤维制得的纤维板的尺寸稳定性得到一定程度的提高。尽管无机物浸渍改性杨木的研究报道不多，由于其无甲醛、低污染成为木材改性研究的热点。

2 非浸渍改性

非浸渍改性是木材改性的另外一大的研究方向，通过这类方法改性木材能最大程度的保留木材的生物学特性，制得的产品更加环保低碳，在科研和生产中得到广泛认可，目前研究方向包括如下几类。

2.1 与其它材料复合改性

使木材和其它材料复合，赋予木材某些新的性能或改良木材的某些缺点，在木材改性中的研究越来越广泛。黄静[15]利用杨木枝桠材等粉末为基材，制备杨木/紫铜粉末新型木基复合材料。张道海[16]用脲醛树脂制备木塑复合材。付世萃等[17]人认为提高接枝共聚率，添加极性单体，改善单体与木材的亲和力将是未来速生杨木强化复合的发展趋势。朱一辛等人[18]研究了竹材与杨木制成木竹复合单板层积材性能的变化。刘焕荣[19]以毛竹和人工林杨木为原料，开发了竹木复合强化单板层积材。马红霞[20]研究了以漂白毛竹、碳化毛竹和杨木单板为原料制得的复合材料。杨丽森等人[21]在藤芯重组材料中引入杨木单板，研究了2种藤/木复合材料的结构。姚晓林等[22-23]人用金属镍、铜改性速生木材，制备了复合材料。由木材为基础的强化复合材料，很好的改善了木材性能。随着现代技术的发展，以杨木等速生木材为基础的低碳绿色环保复合新型材料将会成为杨木改性的重要方向。

2.2 压密改性

木材的密度直接影响木材的性质，二者几乎为正相关关系，通过改变杨木密度来获得好的改性效果也成为一个很重要的方法。陈琛等人[24]研究了压缩和热处理因素对密实化杨木单板的密度、尺寸稳定性的影响。涂登云等人[25]采用特定的压缩工艺处理杨木之后，能满足地板的使用要求。贺宏奎等人[26]从毛白杨压缩预处理、压缩时含水率、压缩工艺等方面研究了各因素对杨木压缩的影响。陈旻等人[27]发现经过横纹压缩处理后杨木板材当压缩率为50%时的各项物理力学性能均已超过柞木。压缩木材回弹成为压密处理中亟待解决的问题，此外，随着压缩率的增大，同时破坏的木材细胞增多，可能会造成木材结构破坏、力学性能降低。

2.3 高温热处理改性

高温热处理是改善木材尺寸稳定性和耐久性的另一种重要方法。曹永建等人[28]研究了白毛杨蒸汽介质热处理对木材性质的影响。陈泽君等人[29]发现高温热处理杨木中处理温度和处理时间对杨木木材的物理力学性能和尺寸稳定性有较大的影响。江京辉等人[30]研究表明高温热处理过程中，一般温度应不超过200℃。那斌等人[31]研究了高温热处理来提高速生杨木的尺寸稳定性。高温热处理中热处理的温度过高木材中纤维素、半纤维素、木素的热降解反应会造成木材力学强度降低。

2.4 其余改性方式

近年来水热、汽蒸、熏烟热处理等改性方式也得到广泛研究。朱捷等人[32]研究发现杨木经水热软化处理后，其表面润湿性能显著提高。彭毅卿等人[33]对杨木进行汽蒸处理，经过汽蒸处理的杨木尺寸稳定性和横向渗透性均得到了改善。刘丽丽等人[34]介绍了熏烟热处理技术在木材改性中的应用，经过熏烟热处理后的杨木旋切单板，其单板的开裂翘曲等缺陷大大减少。苗平等人[35-36]在汽蒸处理的基础上，用水溶性低分子量酚醛树脂进行涂刷和热压处理杨木，处理材的物理性能显著提高。这类改性方法为杨木改性提供了新的研究方向。

3 结束语

杨木改性使其性能接近或优于珍贵优质木材，缓解珍贵优质木材紧缺的现状成为杨木等速生木材应用的必需环节。虽然杨木浸渍处理改善了杨木材质等方面的缺陷，但是由于浸渍处理会产生有毒有害物质、甲醛释放、污染环境等问题，随着人们环保与自我保护意识的增强，利用天然的或无毒无醛改性物质改性杨木，开发环保型杨木实木产品将成为以后的研究热点。已有用淀粉，木聚糖酶，纤维素酶和半纤维素酶，乙酰、聚乙二醇等改性杨木的报道。其次，单纯的非浸渍改性很难到达理想的改性效果，联合改性的趋势也越来越明显，如压缩-热处理联合改性、密实化-炭化处理等改性方式。另外，木材生物质复合材也成为杨木改性的另一新研究方向。如，杨木—秸秆复合结构材料，速生杨木/甘蔗渣重组材等。总之，采取环保高效的改性方法，提高杨木的利用率与经济价值，满足人们追求自然的需要必将是杨木改性的发展趋势。

【参 考 文 献】

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