木材炭化防腐的过程控制及防腐机理研究

为什么1972年长沙出土的马王堆一号汉墓椁室木材历经2100多年而不腐？这样的木材防腐可以说是木材防腐工作者梦寐以求的。针对环境问题的非化学法木材防腐的方法是木材防腐行业的致力重点。木材的炭化防腐主要是利用高温处理改变木材中的细胞壁结构物质以及一定的木材组分，从而起到防腐的作用。本研究的目的旨在通过不同的热介质（水蒸汽、氮气、油）以及不同的木材炭化温度和时间对樟子松和杨木进行木材的炭化防腐，根据不同的介质温度和炭化时间制备的炭化防腐木材，然后采用扫描电镜、高效液相色谱法、气相色谱、红外光谱等检测手段，分析炭化防腐前后木材碳源营养、氮源营养、无机盐、生长素（维生素B1）以及木材酸碱度的变化，研究炭化防腐对木材微生物生存条件的影响进而研究木材炭化防腐的防腐机理。为木材炭化防腐工艺的进一步开发和利用提供基础的数据支持和理论依据，从而解决木材防腐的环境问题,同时找到一种新的木材防腐途径。

木材防腐处理可以改善木材材性，延长木材的使用寿命。木材防腐处理中使用的化学防腐剂会危害人畜健康、污染环境。因此，研究环保、无化学成分添加的炭化技术（高温热处理技术）在木材防腐中的应用有助于提高木材的使用价值,对研究和发展环保型防腐木材具有重大意义。. 本研究以杨木和樟子松为试验材料，采用真空炭化处理和油浴炭化处理两种方法制备炭化防腐木材，从温度和时间两个方面考虑炭化处理的效果，分别分析了九种不同炭化工艺对炭化防腐木耐腐性能、物理力学性能等的影响，并从微生物营养源及所需环境条件角度分析了炭化防腐木材的防腐机理。试验结果表明，真空炭化处理和油浴炭化处理均能使处理材的耐腐性能提高至强耐腐等级；同时，两种炭化处理均可降低木材的平衡含水率、吸水率和体积湿胀率，提高尺寸稳定性，且真空炭化处理材的尺寸稳定性更好一些；两种炭化处理材的抗弯强度均有所下降，抗弯弹性模量均有所提升，油浴炭化处理对木材强度的破坏性更大；综合炭化木的耐腐性能、物理力学等性能，得出杨木真空炭化处理最佳的炭化工艺为220 ℃、2 h，杨木油浴炭化处理最佳工艺为220 ℃、 2 h；松木真空炭化处理最佳的炭化工艺为200 ℃、 6 h，松木油浴炭化处理最佳工艺为220 ℃、 2 h；炭化防腐处理材的纤维素含量、氨基酸含量、灰分含量、含水率以及pH值均明显降低，维生素B1的含量变化规律不明显，可见，炭化防腐处理的防腐机理是通过降低或减少木材中碳源、氮源、水分、无机盐、pH值的含量或范围，使木材不具备微生物生长所需的条件，进而抑制微生物的生长或降低其寄生概率，达到木材防腐的效果。