热处理木材的工艺与应用
木材热处理是指在保护性气体环境中，在160～
近10年来，欧洲的荷兰、法国、德国和芬兰。已经实现了木材热处理技术的工业化应用。此外，日本、加拿大等国家和我国台湾地区，也对热处理木材进行了多方面的研究，并取得了一定成果。
1 热处理木材的特性和发展现状
热处理能够提高木材的尺寸稳定性，除去或缓释木材内应力，原因在于，半纤维素特别是多糖醛苷发生化学变化后，变成弱吸湿性单体；此外，纤维素分子链内羟基相互结合而构成氢键。
热处理提高木材防腐性能的可能原因是，热处理过程中，木材组分发生了改变，切断了菌类生存所需的营养物质来源；同时，含水率的降低抑制了菌类生长，使耐腐性得以提高。
而热处理木材颜色的变化，主要是由化合物变化，半纤维素、木素、某些抽提化合物的降解引起。
目前，我国木材热处理市场存在的主要问题是：缺乏专门的热处理设备；相关配套技术还不成熟；大部分使用的是传统窑式干燥方式。产品的主要缺陷是树节脱落、表裂和内裂、色差大，制约了产品价格的提升。由于市场上销售的各种热处理木材良莠不齐，又缺乏明确的质量评价指标，用户常常把表层炭化木与热处理木材相混淆，时间实际上两者的尺寸稳定性、耐腐性差异悬殊。
最近市场上出现一种防腐浮雕木（多称为炭化木），是通过无色防腐液真空加压进行防腐处理，气干后再进行表面炭化处理，并未从根本上解决木材吸湿变形问题，同时也存在较高的污染隐患。
2 工艺解决方案
2.1 现有典型工艺
目前，欧洲国家已经建立了以下的5种典型的木材热处理工艺，并获得了相关专利。
1） 荷兰Plato工艺。在温度＞160℃、加压条件下，对饱水木材进行热处理；当木材干燥至含水率10%时，再在170～
2） 法国Retification工艺。在210℃以上，高氮且氧气含量＜5%的条件下，对含水率为12%的木材进行处理。
3） 法国LesBois工艺。生材干燥之后，利用木材中水分产生的蒸汽进行加热处理。
4） 德国热油处理工艺。在160℃以上进行热油浴。目前正在进行添加化学反应基团，将化学改性与热处理相结合的油处理试验。
5） 芬兰ThermoWood工艺。先对生材或者预干的木材进行干燥，然后进行蒸汽热处理。目前，已在商业上获得巨大突破，且应用最为广泛。
上述工艺是通过将氧气维持自较低水平，来避免木材在高温处理过程中着火。但处理周期长、能耗高，产品的质量参差不齐；特别是对温度和压力的控制要求较高，即便是1℃或0.4MPa之差，都可导致木材内裂的发生。
2.2 影响热处理效果的因素
1）设备类型 分为罐式和窑式2种。德国的Reulbach木材热油处理是将热油泵入封闭罐体，在木材周围实现高温循环。油的类型、加热温度、加热时间根据最终用途确定。倘若目标是获得最好的耐久性和达到预计的油载荷，则应在
瑞典的工艺是以高温蒸汽作为保护气体，热处理干燥窑的设计和性质与普通锯材干燥窑相似。有蒸汽发生器产生的蒸汽，与材堆上方喷水装置中的水混合，经过电加热后，风送至材堆。通过改变空气流向，使木材干燥和热处理均匀。
2）原材料 最常用的热处理木材树种有：松木、云杉、桦木、欧洲白杨等。通常，用于防水结构的针叶树材处理程度较深；用于室内装修的阔叶树材则轻度处理，以确保颜色和表面质量。另外，密度高的树脂处理相对困难，热处理时容易开裂，力学性能降低。
松木在热处理中树脂会外流，易沾污设备；云杉的树节和年轮热处理后容易变松，造成刨光时年轮突出；桦木需要进行低温热处理，以避免板面扭曲；白杨经过热处理后研究不均匀，易发生劈裂。
3）锯解方式 对于针叶树材，采用年轮平行于表面的传统切削方式，容易引起年轮的剥落。如切削时，年轮与木材表面夹角＞45°，变形量则可减少，表面硬度增加，表现效果更佳。
4）加热介质 目前使用的加热介质包括：空气、水、油、水蒸气，也可利用木材自身蒸发水分作为加热介质。研究结果表明，在
5）温度和时间 热处理的温度过低（
通常根据产品的终端用途确定热处理时间。研究表明，4h处理的木材，其吸湿性能优于2h处理。
2.3 工艺重点
在前人研究成果的基础上，笔者根据我国树种特点，研究了新的处理工艺，获得了良好效果。
1） 初含水率控制在10%～15%，过高会延长干燥时间；过低则会增加内裂的产生；
2） 在升温、降温阶段，木材内外部的温度宜保持在5℃左右，可以有效减少开裂；
3） 用去髓心板处理效果更为理想
4） 采用温和干燥基准进行前期干燥，并在干燥第2阶段前1h内控制颜色变化，使颜色达到预期要求。而以往的技术无法通过控制温度和时间，来控制颜色，同时满足尺寸稳定性、耐腐性和强度的要求。
5） 缩短高温热处理时间，避免或减弱因纤维素发生降解而引起木材强度和硬度的明显降低；
6） 干燥第2阶段是压力峰值阶段，也是内裂发生的敏感期和质量控制关键阶段。通过严格控制此阶段的时间和蒸汽压力，比传统的含水率控制和高温热处理阶段控制更为有效合理；
7） 调节封闭罐内的pH值。热处理过程中，酸的形成直接影响到整个系统的pH值、设备使用寿命，及产品力学性质、色度和明度。加入适量碱性缓冲溶液，延缓降解反应，可避免引起木材力学性能和色度的降低，同时改善产品的多项性能指标。
3 热处理木材的应用前景
3.1 环保优势
在欧洲，CTBA（木材与家具技术中心）根据EN84对云杉的测试结果显示，热处理云杉的沥出物不含有毒物质，本身也是环保产品。在医疗上可作为骨科材料的代用品。
热处理后的工业废水包含：乙酸、酮、二苯基甲烷、萜烯、脂肪、蜡、苯酚等，通过燃烧、溶解、萃取等方法进行处理，可以达到国家环保相关排放标准。热处理1m3 的云杉，最大可沥出100～130g/m3的乙酸和20～40kg/m3的其他不同的化合物。
3.2 性能优势
热处理木材具有防腐防虫功能，使用寿命延长，使用性能大大提高，如吸水性、吸湿膨胀性下降，尺寸稳定性提高，其制品几乎不变形、不开裂，特别适用于制造地板、门、窗扥产品。
热处理木材表面呈现浅棕色至深褐色，颜色均匀柔和，色差较天然木材小，保持时间长，且表面光滑。可部分替代珍贵阔叶树材，用于制造室内外家具。
高温处理，木材变脆，弯曲强度和握钉力降低10%～30%，但压缩强度、冲击强度、表面硬度变化不大，常用作费结构材用途。
处理材的热传导性降低10%～30%，可适用桑拿间、浴室等场合。
与同类木材改性产品相比，热处理木材还具有：①加工性能好，易刨、铣、钻；胶合涂饰效果优于同类产品；②经过特殊的紫外线防护剂涂饰后，几时长期户外使用，仍可保持原有颜色； ③能够加工制作炭化木薄木，用于家具表面装饰：④在保护剂中可添加各种天然颜料，满足不同需要。
3.3 价格优势
利用荷兰Plato工艺热处理木材的成本是972元/m3，法国Retification工艺的成本为1459元/m3,德国热油处理的成本是2576元/m3；国内热处理的成本约2000元/m3，低于ACQ防腐处理价格。
4 展望
木材热处理作为一种新型的木材改性技术，在未来还需在以下几个方面作进一步的探索。
1）扩大热处理的木材树种范围。研究主要人工林木材对于热处理工艺的适应性，寻找最佳工艺条件；探索利用低端木材模拟珍贵阔叶树材颜色的技术，提高低端木材的附加值，扩大利用范围。
2）在获得锯材热处理成熟工艺的基础上，将其工艺推广至原木、胶合板等产品。产品应用由初级产品推广到高端制品，例如：户外地板、墙板、集装箱材料、室内家具、浴室用具等。
3）建立我国的热处理木材产品质量标准，明确评价指标，规范产品市场。同时，健全热处理企业内部质量控制程序。
4）热处理木材质量的无损检测技术；研制便携式测试设备，促进热处理木材的规模化生产。