木材的表面性質(zhì)

木材的表面性質(zhì)陳緒高2016年11月08日木材的潤濕性木材的耐候性總結(jié)概述0

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1概述木材表面性質(zhì)木材的表面性質(zhì)十分復(fù)雜。因其本身是一種天然的高聚物，既有生物學(xué)特征，也具有物理化學(xué)的特征，同時又是一種不均勻的各向異性的材料。樹種不同，其材性差異也很大；而且同一樹種，切面不同解剖分子的形態(tài)、比率及其“三素”和抽提物的含量，對木材表面性質(zhì)均會有不同程度的影響。兩種重要的表面特性：潤濕性和耐候性（這兩種特性與木材的膠合、使用壽命、加工工藝、木材的保護(hù)與改性，關(guān)系甚為緊密。）0

2木材的潤濕性木材的潤濕性

木材的潤濕性，表征某些液體（水、膠黏劑、氧化劑、交聯(lián)劑、拒水劑、染色劑、油漆涂料及各種改性木材的處理溶液等）與木材接觸時，在表面上潤濕、鋪展及黏附的難易程度和效果。潤濕性對界面膠結(jié)、表面涂飾和各種改性處理工藝極為重要。②潤濕性與膠結(jié)質(zhì)量③影響潤濕性的因素④改善木材潤濕性的方法①木材是一種可潤濕的固體材料2.1木材是可潤濕的固體材料(1)木材表面有極性。組成木材的主要化學(xué)成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，它們均是有機(jī)化合物，含有極性官能團(tuán)。在木材內(nèi)部，由于分子間的作用力，這些極性基團(tuán)相互吸引而達(dá)到平衡狀態(tài)。但位于木材表面的分子尚有極性，具有一定的表面自由能，當(dāng)與極性膠黏劑、涂料或其他處理溶液相接觸時，就能夠彼此吸引相互結(jié)合。(2)木材具有巨大的比表面積木材屬于多孔性-毛細(xì)管-膠體。其細(xì)胞壁由微晶、微纖絲和纖絲組成，這些微晶與微晶、微纖絲與微纖絲、纖絲與纖絲之間都有間隙，相互連通，構(gòu)成了木材的微毛細(xì)管系統(tǒng)，平均直徑為1~10nm，其內(nèi)表面巨大。故其表面便于多種液體的吸著與傳導(dǎo)。

通常，潤濕性的高低以液滴在木材表面上形成的接觸角（θ）或接觸角的余弦（cosθ）的大小表征。當(dāng)θ＜90°時，液體在木材表面上形成扁平狀，表示這種液體能部分潤濕木材；當(dāng)θ＝0°時，表示液體能全部潤濕木材；當(dāng)θ＞90°時，液體在木材表面上形成滾珠狀，表示液體不能潤濕木材。除采用測定接觸角的方法來表示木材潤濕性外，也有研究者用浸潤高度法表征，即將一定尺寸的木材試樣浸入某種液體中，測定在限定時間內(nèi)該液體浸潤試樣的高度（mm）。對具有不同表面張力的各種液體而言，其浸潤高度大者表示對木材的潤濕性好。對不同樹種的木材而言，通過對照比較也可確定它們的相對潤濕性。液體在固體表面上形成的液滴，它可以是扁平的，也可以是圓球狀，這主要是由各種界面張力的大小來決定。接觸角與潤濕方程

當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時，在氣、液、固三相交界點，氣-液與固-液界面之間的夾角稱為接觸角，通常用q表示。實際上是氣-液與固-液界面張力之間的夾角。固氣液氣液固OO平衡時有下列關(guān)系：接觸角與潤濕方程

2.2潤濕性與膠結(jié)質(zhì)量有關(guān)木材的潤濕性對膠合質(zhì)量的影響曾有許多研究者作了大量的試驗和研究工作。ChungY.H.曾用多種酚醛樹脂膠黏劑制造膠合板，并測定了膠液對美國長葉松木材單板的接觸角。通過對單板的濕剪切強度、木破率和分層百分率部分測定如右表，接觸角與膠合質(zhì)量呈正相關(guān)，即接觸角大，單板的潤濕性低，導(dǎo)致膠合板的膠合質(zhì)量差。由表可見，接觸角大的單板試樣，一般的趨勢是板子的剪切強度低，木破率低，而分層百分率高。反之，亦然。2.3影響潤濕性的因素（1）固體的表面自由能與液體的表面張力。從能量的概念出發(fā)，潤濕性是固體的表面張力與固-液界面張力之差。定義時對于固體材料常用表面自由能表示，而液體常用表面張力表示。潤濕性的大小因固體的表面自由能和液體表面張力的變化而異。（2）周圍環(huán)境與木材老化。長期暴露在不同環(huán)境中的木材表面由于氧化作用、吸附作用、水合作用和污染作用，使木材表面老化，導(dǎo)致木材潤濕性降低。（3）樹種與紋理方向。用材樹種不同，即使對同一種膠黏劑，其潤濕性不同；同一種樹的木材，其潤濕性也因不同的切面和紋理方向的不同有所變異。粗糙的單板表面潤濕性差，木破率低，這可能是由于膠液中的泡沫易聚積在粗糙表面的空隙中，也可能在粗糙的表面處殘留的膠液多，不能像光滑表面那樣，使膠液均勻鋪展而形成一層薄膜。不同的木材切面可以暴露出各種不同的細(xì)胞和組織，以及不同的細(xì)胞壁層次結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致木材的解剖構(gòu)造和化學(xué)組分有差異，因而對液體的親和力不同，顯示出不同的潤濕性。（4）木材抽提物。木材抽提物的存在與遷移可使木材的潤濕性和膠合性發(fā)生明顯的變化。2.4改善木材潤濕性的方法（1）磨砂處理磨砂能提高木材表面的潤濕性。Boding研究菲律賓5種木材的潤濕性與膠合性的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，磨砂過的木材表面顯示出良好的潤脹性，其平均cosθ

為0.8051，而未磨砂的木材其潤濕性次之，平均cosθ

為0.3384。這表明磨砂后其接觸角變小，潤濕性提高，有利于膠結(jié)。（2）化學(xué)處理選擇一些適宜的化學(xué)藥劑對木材表面進(jìn)行處理，以排除老化表面的污染物、抽提物等來提高木材的潤濕性或使木材表面發(fā)生氧化、酸化、堿化或引起表面自由基等作用來提高木材的表面自由能，從而改善膠合性能。（3）電暈處理采用電暈放電方法使木材表面瞬間產(chǎn)生一些物理和化學(xué)變化能改善木材的潤濕性與膠合質(zhì)量。（研究結(jié)果表明，木材在氧氣中電暈放電所產(chǎn)生的膠合作用比在其他氣體中進(jìn)行的迅速、質(zhì)量高。因為木材的潤濕性與木材表面的氧化作用有關(guān)，經(jīng)電暈放電，由于氧化作用使木材表面產(chǎn)生了一些新的羥基、羰基和胺基等極性官能團(tuán)和表面自由基，這些基團(tuán)有利于表面潤濕和界面結(jié)合，從而提高膠合質(zhì)量。0

3木材的耐候性木材的耐候性

木材暴露于室外的天然環(huán)境中，經(jīng)受著紫外光的光化降解作用、雨水的淋溶作用、水解作用、濕脹與干縮作用和微生物的腐蝕作用等，日久天長，木材的表面性狀就會發(fā)生一些變化。木材抵抗這些因子的作用，以及由這些作用所引起木材變化的性質(zhì)稱為木材的耐候性。影響木材耐候性的因素有如下幾點。①氣候因子的作用②微生物的作用③濕脹干縮的作用④木材抽提物的作用（一）、氣候因子的作用未經(jīng)過油漆涂飾或改性處理的木材表面，在室外放置數(shù)月后，其表面就會產(chǎn)生自然老化現(xiàn)象。導(dǎo)致木材表面老化有許多復(fù)雜的原因，其中主要是化學(xué)和物理因素所產(chǎn)生的影響，通常是由陽光輻射、雨水淋溶、濕度變化、冷暖交替和露、雪、冰、霜、風(fēng)等氣候因子的反復(fù)交替作用所引起的。此外，還有大氣條件，如大氣中氧氣、臭氧和大氣污染物的影響或者上述因子的共同作用。（二）、微生物的作用由于褐色孢子菌和真菌菌絲體的影響，促使自然老化后的木材顏色和外部性狀將進(jìn)一步發(fā)生明顯的變化。木材變色菌常常使木材發(fā)生天然變色。（三）、濕脹干縮的作用木材含水率隨著周圍環(huán)境溫度和相對濕度的變化而不斷發(fā)生改變，易使木材產(chǎn)生濕脹與干縮。木材膨脹和收縮時所產(chǎn)生的應(yīng)力變化導(dǎo)致木材表面粗糙、紋理隆起、微細(xì)裂紋以至明顯的開裂。而開裂又為氣候因子對木材的自然老化作用由外部向內(nèi)部移動創(chuàng)造了有利條件，使木材組分在氣候因子作用下發(fā)生化學(xué)變化，進(jìn)一步使木材表面變得粗糙，加速開裂和變形，同時還可以使木材表面變軟，握釘力降低。（四）、木材抽提物的作用由于木材中含有的抽提物種類繁多，主要有單寧、樹脂、樹膠、精油、色素、生物堿、脂肪、蠟、甾（zāi）醇、糖和淀粉等，其含量及成分因樹種而異，可高達(dá)40%。不同樹種的木材常呈現(xiàn)出不同的顏色與它們所含的抽提物密切相關(guān)。0

4總結(jié)在加工和利用木材的過程中，人們很重視木材的總體性質(zhì)，諸如壓縮強度、沖擊韌性和黏彈