云南松木材脱脂工艺的研究

刘 彬，邱 坚，赵毅力，夏 炎*

(1．南京市产品质量监督检验院，南京210019;2．西南林业大学材料工程学院，昆明650224;3．西南林业大学计算机与信息学院，昆明650224)

云南松是云南省储蓄量较大，分布较广的针叶树种，生长速度快，树干通直，经济性好。云南松木材纹理清晰美观，自然气息浓郁，色浅，硬度适中，强度和弹性模量较大，制品经久耐用［1-2］。松木家具不论在我国还是在西欧、北美、日本等地区都有很大的市场，但是松木的松脂含量较高，易导致木材变色、胶粘性能下降、漆膜附着力降低，且由于松脂的高含量，导致松木木材难于进行改性处理，因此，常对松木木材进行脱脂处理，以降低松木木材内脂类化合物的含量，提高松木木材的实用价值［3-7］。

本文采用不同的药剂与处理方案对云南松木材进行脱脂处理，通过索氏抽提物含量、脱脂后木材对改性药剂的载药量、力学强度等综合分析评价最佳的脱脂药剂与处理方案，以期为云南松木材的脱脂，以及进一步的改性处理提供理论依据与技术指导。

1 实验材料与方法

1．1 脱脂处理方案

实验以云南松木材为研究对象，利用化学药剂对云南松木材进行浸泡脱脂的方法。脱脂处理的实验方案共有4个因素:处理时间、预处理条件、药剂浓度、脱脂药剂。各因素对应的水平分别为［8-11］:

处理时间:常温常压条件下处理3 h和6 h，2个水平。

预处理条件:先将云南松木材放在冷水中浸泡24 h，进而升温至70℃，保温浸泡24 h。分为进行预处理与不进行预处理2个水平。

药剂浓度:1%和2%，2个水平。

脱脂药剂:NaOH、甲醇、NH4HCO3、乙醇，共4个水平。

实验采用正交实验L8(24×4)的设计方案，脱脂处理方案见表1。

表1 脱脂处理的正交实验方案Tab．1 Orthogonal experimental design of degreasing process

1．2 评价指标与试件情况

实验以云南松木材为研究对象，实验前将木材加工成标准试样30 mm×20 mm×20 mm。每组脱脂处理的试件数目均为20个，处理后进行烘干，每组取10个脱脂试件进行索氏抽提，评价脱脂情况。每组取5个脱脂试件进行改性处理，评价脱脂处理是否改善松木木材对于改性药剂的吸收，改性药剂为木材防腐剂。每组取5个脱脂试件进行顺纹抗压强度的检测，评定脱脂处理对于木材力学性质的影响情况。

脱脂处理后在80℃条件下对木材试件进行烘干，干燥至含水率为12%左右，干燥后粉碎成40～60目的木粉，再依据索氏抽提法对脱脂后的云南松木粉进行有机溶剂的抽提，具体实验步骤、计算方法均按照《GB/T 2677．6-1994造纸原料有机溶剂抽出物含量的测定》进行［12-14］。

木材进行脱脂处理后，对改性木材进行力学性能的检测，以分析比较脱脂处理对木材力学性质的影响。检测项目为顺纹抗压强度，这是因为顺纹抗压强度与其它力学强度指标存在相关关系，是较为重要的强度指标，因此本文选择了顺纹抗压强度作为参考的力学性能参数，并同时与未脱脂处理的木材顺纹抗压强度对比，分析脱脂处理对云南松木材顺纹抗压强度的影响。

2 实验结果

2．1 不同处理方案的脱脂效果

依照表1中的实验方案进行云南松木材的脱脂处理，处理后根据国家标准依据索氏抽提法对松木木材中的含脂量进行计算分析，进而评价不同处理方案的脱脂效果。索氏抽提物含量为:

式中:G1为抽提前木粉绝干重，g;G2为抽提后木粉的绝干重，g。

根据国家标准 GB/T 2677．6-1994计算得到脱脂处理后，松木木材中的含脂量情况购见表2。

表2 脱脂木材与对照试件的木材含脂率Tab．2 Resin content of treated Pinus SP．wood and untreated Pinus SP．wood

表2中对照试件为未经脱脂处理的云南松木材，1～8分别为依照表1的实验方案进行脱脂处理的云南松木材。为判断脱脂处理的优选方案，再根据含脂率的计算结果进行正交实验的极差分析，依据含脂率低的程度分析较优的因素及各因素对应的较佳水平，分析结果见表3。

对于脱脂效果而言，处理方案为脱脂药剂采用NaOH，进行预处理，脱脂处理时间为6 h，浓度为1%，在这个处理方案之下，脱脂处理后的木材中含脂量最低，即脱脂程度最高。

表3 正交实验结果分析Tab．3 Results of the orthogonal experiments

2．2 脱脂后松木木材对改性药剂载药情况的研究

木材进行脱脂处理后，在80℃条件下对脱脂木材进行烘干处理，烘至含水率12%左右，再将木材试件放在改性药剂中在常温常压条件下进行浸泡，浸泡时间为4 h，以分析脱脂处理是否能够提高木材对于改性药剂的载药情况，改性药剂为木材防腐剂，实验结果见表4。

表4 脱脂木材与对照试件的载药情况Tab．4 Treatability for wood preservatives of treated Pinus SP．wood and untreated Pinus SP．wood

从表4中可以看出，云南松木材在经过脱脂处理后，对于改性药剂的载药量明显高于没有经过脱脂处理的对照试件，这说明脱脂处理可以有效去除木材中的脂类化合物，明显改善木材对于改性药剂的吸收情况。

再对载药率的计算结果进行正交实验的极差分析，根据载药率高的程度分析较优的因素及各因素对应的较佳水平，得到结果为脱脂药剂采用NaOH，不进行预处理，脱脂处理时间为3h，浓度为2%，在这个处理方案之下，脱脂处理后的木材对于改性药剂的吸收程度最高。

分析实验结果可以得出，对脱脂率影响程度最高的实验因素为脱脂药剂，在脱脂药剂采用NaOH的水平下，脱脂处理后对改性药剂的吸收情况最好。此外还可以得出，预处理条件/脱脂处理时间及药剂浓度对于实验结果的影响程度均要次于脱脂药剂。对于预处理条件、处理时间和药剂浓度，可以根据指标重要性的原则进行选择，如果处理目的仅为脱除脂类化合物，则可以依据脱脂率低的优选处理方案;如果处理目的为提高松木对于改性药剂的吸收，则可以依据载药率高的优选处理方案。

2．3 脱脂后松木木材的力学性能测试

木材进行脱脂处理后，对改性木材进行力学性能的检测，以分析脱脂处理对木材力学性质的影响。检测项目为顺纹抗压强度，这是因为顺纹抗压强度与其它力学强度指标存在相关关系，是较为重要的强度指标，因此本文选择了顺纹抗压强度作为考虑的力学性能参数。测量结果见表5和如图1所示。

表5 脱脂木材与对照试件抗压强度的平均值Tab．5 Averages of compressive strength of treated Pinus SP．wood and untreated Pinus SP．wood

图1 脱脂木材与对照试件的抗压强度Fig．1 Compressive strength of treatedPinus SP．wood and untreated Pinus SP．wood

从图1中可以看出，经脱脂处理后松木木材顺纹抗压强度并没有出现明显的下降，甚至有的脱脂木材抗压强度高于对照试件，这可能是因为木材自身生物差异性的原因，但也说明了脱脂处理没有显著影响木材的抗压性能，脱脂处理后木材还保持了自身的力学性质，不会对后面的加工、使用产生不良影响。

3 结论

(1)利用索氏抽提法对脱脂处理后松木木材中的含脂率进行计算分析，对于脱脂效果而言，较佳的工艺是脱脂药剂为NaOH，进行预处理，浸泡处理时间为6h，浓度为1%，在这个处理方案之下，脱脂处理后的木材中含脂量最低，即脱脂效果相对最好。

(2)云南松木材脱脂处理后再进行改性处理，对于改性药剂的载药率，较佳的脱脂方案是药剂为NaOH，不进行预处理，脱脂处理时间为3h，浓度为2%，在这个处理方案之下，脱脂处理后的木材对于改性药剂的吸收程度最高。

综合分析脱脂效果和松木木材对于改性药剂的吸收情况，可以得出脱脂药剂采用NaOH的处理效果最好。对于预处理条件、处理时间和药剂浓度，可以根据指标重要性的原则结合实际应用目的进行选择。

(3)木材顺纹抗压强度测定表明脱脂处理没有显著影响木材的抗压性能，脱脂处理后木材能够保持自身的力学性质，不会对后面的加工、使用产生不良影响。

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