生物质新材料研发与制备技术丛书--木材表面功能化处理关键技术

随着人类社会进入新世纪，全球森林资源的管理与利用已经发生了深刻变化，原料资源的生态循环性与森林工业的可持续经营成为了时代的鲜明特征，森林产业资源所具有的绿色、天然、环保特征成为木材工业产品的核心竞争力。如今我国的木材工业资源实现了结构性转变，现有的人工林速生木材资源，如杨树、落叶松、桉树、杉木等，将成为未来一段时间内加工用原料的主要来源。如何处理人工林速生木材低质、产品综合附加值低与人们对优质木质建筑材料的需求之间的矛盾，是木材科学与工程产品研发生产人员必须面临的技术挑战。
作为提升木质原料产品品质的一种重要技术手段，木材表面功能化处理是通过物理、化学、机械的手段处理木材，改变其表面的颜色与纹理、胞壁结构、密度与强度、化学成分、微观形貌等特征，使得木材的整体（或局部）性能得到改善或获得新的性能。传统的木材表面功能化处理手段主要指木材表面涂层处理（有机聚合物涂层、无机-有机聚合物复合涂层等），随着科学技术的进步与大众消费需求的提高，一些新的物理、化学、生物处理手段不断应用于材料表面功能化处理。木材表面功能化处理技术范畴得到了扩展与深化，例如木材高温热湿处理、木材表面强化处理、木材表面疏水处理等。各类新型表面功能化处理技术的发展、应用、完善，为各类低质人工林速生材原料的高质量、高附加值利用提供了新的方向。
基于此，编著者在实体木材功能化处理领域进行了广泛的技术调研与总结分析，参考了国内外相关领域专业书籍、研究文献、技术法规，从发展的视角概括了国内木材表面功能化处理领域近20年以来取得的科学技术成果与工业应用案例，结合我国国情并部分借鉴了国外最新的先进技术与实践经验编写了本书。本书详细介绍了木材绿色高温热处理技术、实体木材表面密实化处理技术、木材高温热处理-植物油蜡涂饰浸润组合技术、木材表面疏水化处理技术等的理论与工艺，总结了成熟工艺的操作要点与技术细节，运用各类图表信息进行辅助说明，力求做到内容通俗简洁、工艺由浅入深，便于读者汲取知识、收获启迪。
本书由东北林业大学战剑锋、邵霖治、傅敏合作编著而成。在文献整理与书稿写作过程中，东北林业大学材料科学与工程学院郭明辉教授提供了宝贵的技术指导与修改建议。此外，还学习、参考了国内外相关领域专家学者的研究成果，引用了其中一些重要的观点与经验总结，在此表示衷心感谢。
本书可作为木质建筑装饰装修、风景园林规划、家具设计与制造等涉及木质建材领域的工程技术人员参考使用，亦可供高等院校木材科学与工程、产品设计等相关专业领域学生参考。
限于编著者水平所限，书中不足之处，期望得到读者的批评指正。

编著者
于东北林业大学

战剑锋，男，1974年5月生，博士，副教授。1996年6月毕业于东北林业大学木材加工专业。2002年7月开始在东北林业大学材料科学与工程学院从事木材干燥方面的教学、科研工作。2008年毕业于东北林业大学材料科学与工程学院，获工学博士学位。2009年7月～2010年7月以访问学者身份在加拿大不列颠哥伦比亚大学（UBC）林学院从事博士后研究工作。2001年以来在Wood Science and Technology、European J of Wood & Wood products、Drying Technology、《北京林业大学学报》《南京林业大学学报》《东北林业大学学报》《林业科学》《林业工程学报》《功能材料》等核心期刊与学术会议上发表学术论文与研究报告40余篇，其中8篇论文分别被SCI/EI收录。主持黑龙江省自然科学基金项目1项，东北林业大学基本科研业务基金项目3项，主持中国博士后科学基金资助项目与黑龙江省政府博士后资助项目各1项，参加国家自然科学基金项目4项, 编写专业著作2部，参编著作1部。

木材表面功能化处理是提高木制品表面质量，进而提高人工林木材产品附加值的重要手段。本书简要介绍了木材表面功能化的常用方法，着重介绍了其中的木材绿色高温热处理技术、实体木材表面密实化处理技术、木材高温热处理-植物油蜡涂饰浸润组合技术、木材表面疏水化处理技术的工艺过程和参数设置等。
本书适宜从事木材加工和家具生产的技术人员参考。

0绪论1
0.1自然、环保、智能的材料——天然木材1
0.2木材表面功能化处理基本概念2
0.3木材表面功能化处理技术方法2
0.3.1木材表面涂层处理2
0.3.2木材高温热湿处理3
0.3.3木材表面染色处理3
0.3.4木材表面强化处理3
0.3.5木材表面疏水处理3
0.4木材表面功能化处理技术发展方向4
参考文献5

1木材绿色高温热处理技术6
1.1木材高温热处理技术概述6
1.2国际主流木材高温热处理工艺7
1.2.1芬兰的ThermoWood工艺7
1.2.2其他木材热处理工艺13
1.3我国木材高温热处理产业15
1.3.1产业现状15
1.3.2原料利用情况15
1.3.3标准化16
1.3.4热处理设备17
1.3.5应用案例18
1.4高温热处理木材基本特性21
1.4.1优势特色21
1.4.2不足之处21
1.5木材高温热处理工艺因子22
1.5.1处理温度22
1.5.2处理时间22
1.5.3压力水平22
1.5.4质量损失23
1.5.5应力应变23
1.6高温热处理木材应用范围24
1.6.1室内应用24
1.6.2室外应用25
1.7高温热处理木材研究概况26
1.7.1基本物理特性26
1.7.2木材力学强度27
1.7.3木材材色变化28
1.7.4木材长期耐久性29
1.7.5木材化学成分变化与分析29
1.7.6木材加工工艺特性32
1.8展望34
参考文献35

2实体木材表面密实化处理技术37
2.1木材压缩处理技术概述37
2.2国内外实体木材表面压缩强化技术历史、现状38
2.3木材表面强化处理技术类别38
2.3.1根据压缩处理环境分类38
2.3.2根据热压形式分类38
2.3.3根据压缩程度分类39
2.4木材热压干燥技术39
2.4.1基本概念39
2.4.2工艺分析40
2.4.3应用分析41
2.5木材表面密实化-高温热定型组合技术41
2.5.1木材的表面软化处理42
2.5.2木材表面压缩强化定型44
2.5.3木材压缩密实化工艺46
2.6表面压缩木的性能及应用49
2.6.1表面压缩木的性能49
2.6.2表面压缩木的应用50
2.7表面压缩木的力学特性分析51
2.7.1木材断面密度分布52
2.7.2木材静曲弹性模量62
2.7.3木材表面硬度与耐磨性67
2.8表面压缩木的耐候特性分析70
2.8.1表面压缩木的吸湿性与横纹压缩变形回复70
2.8.2表面压缩木的吸水厚度膨胀率79
2.9表面压缩处理工艺案例82
参考文献87

3木材高温热处理-植物油蜡涂饰浸润组合技术89
3.1生态型木材表面装饰处理材料——植物油蜡89
3.1.1木材表面涂饰概况90
3.1.2植物油蜡涂料基础知识91
3.1.3植物油蜡涂料配制工艺93
3.1.4植物油蜡涂饰工艺要点94
3.1.5案例分析96
3.2基于高温热处理与表面油蜡渗透的针叶材材色色差调节与美化处理98
3.2.1高温热处理-植物油蜡涂饰组合处理技术概述98
3.2.2高温热处理与表面油蜡渗透针叶材的材色特性分析99
3.2.3针叶材的色差调节与优化(基于高温热处理-植物油蜡涂饰组合处理技术)102
3.2.4研究案例启示106
3.3基于均一化热处理-高温植物油蜡浸润技术的针叶材表面色差优化处理109
3.3.1木材色差特性与材色预分类110
3.3.2木材色差均一化热处理技术工艺要点113
3.3.3木材色差均一化热处理技术案例分析(以兴安落叶松为例)114
3.3.4木材色差均一化热处理技术应用启示119
3.4基于高温热处理与表面油蜡渗透的针叶材耐候性分析119
3.4.1低质针叶材室内外耐候性概述120
3.4.2低质针叶材木材尺寸稳定性改进的技术途径分析120
3.4.3高温热处理-植物油蜡涂饰处理用于低质针叶材耐候性改进的可行性分析121
3.4.4研究案例启示124
参考文献127

4木材表面疏水化处理技术129
4.1引言129
4.2超疏水现象和理论130
4.2.1自然界超疏水现象130
4.2.2超疏水表面的浸润机理132
4.3木材超疏水表面的构建方法135
4.3.1溶胶凝胶法135
4.3.2层层自组装法136
4.3.3表面涂覆法137
4.3.4水热法137
4.3.5化学气相沉积法138
4.3.6湿化学法138
4.3.7等离子体技术138
4.3.8表面接枝共聚139
4.4多功能超疏水木材的相关研究139
4.4.1自清洁140
4.4.2耐老化140
4.4.3耐腐抑菌140
4.4.4阻燃141
4.5多功能疏水木材研究案例141
参考文献143