炭化木的化学变化

一心学艺

  通过木材改性技术，对木材进行物理或化学处理，可减少变形，改善生物耐久性，延长木材使用寿命。木材热处理是在温度下，使木材组分在高温中发生物理、化学变化，达到改善木材性能的目的，被公认为是一种绿色环保的木材改性方法。
  根据传热介质的不同，木材热处理可分为式带压和密式常压两种方式。热处理能够改善木材的尺寸稳定性，提高木材的耐腐性，改变木材的颜色等优点，相关的研究主要集中在热处理木材的化学变化、尺寸稳定性、物理力学性能、耐久性等方面。
  
  炭化木的化学变化
  木材主要由纤维素、半纤维素及木质素三大成分组成的，其性质也由三大成分的组成、结构及三者间相互关系决定。在高温下，木材中各组分会发生热降解、缩聚等复杂的化学反应，使得木材内部主要成分发生变化，从而影响木材的物理和化学性质。
  木材热处理时会形成醋酸，催化半纤维素和无定形纤维素的水解反应，同时芳香族木质素的乙醚键、脂肪族甲氧基链会断裂。随热处理时间延长，木材的降解程度增加木材三大成分中木质素的化学稳定性最好，其降解温度高于纤维素和半纤维素。木质素分子中含有甲氧基基团，在热处理过程中醚键易断链，发生交联、缩聚反应，增加木材稳定性。
  炭化木尺寸稳定性
  木材半纤维素的主链和侧链含有亲水基团，这是木材吸湿膨胀、变形的主要原因，木材炭化过程中，半纤维素的自由径基含量减少，疏水性提高，因而吸湿性降低；同时，半纤维素多糖裂解为糖酸或其他产物，在热量的作用下，聚合形成不溶于水的聚合物，从而使木材的吸湿性下降，提高尺寸稳定性。
  高温使木材的纤维素分子键内的轻基互相结合，也就是破坏或结合木材中的氢氧根，来达到限制水分吸收的目的。
  
  碳化木的耐久性
  耐腐。由于热处理降低了木材含水率，同时木材中高分子的改变和半纤维素裂解，产生对腐朽菌有毒的物质，最终提高了热处理材耐腐性热处理木材提高了腐朽菌的抵抗力，但并未提高霉菌的抵抗力。
  不耐霉。热处理过程产生的化学香草酸对蓝变菌有害；而受黑曲霉、梧青霉侵害大于未处理材，这是因为半纤维素被降解成单糖，然后单糖随着水分的扩散而扩散到木材表面，热处理木材表面的含糖量比未处理材的多，因而更易遭霉菌侵害。