劉雪瑩 秦澤秀 劉明利 李春風(fēng)

（北華大學(xué)木質(zhì)材料科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林省吉林市 132013）

木材作為可再生的環(huán)境友好型資源[1]，具有紋理美觀、易加工等優(yōu)點(diǎn)[2]。同時(shí)，因其具有優(yōu)良的機(jī)械性能、獨(dú)特的裝飾性能和特殊的環(huán)境特性，被廣泛應(yīng)用于建筑和室內(nèi)裝飾領(lǐng)域。

作為木材重要的性能之一, 木材的表面涂飾性能直接影響了木制品外觀質(zhì)量及漆膜壽命[3]，決定其應(yīng)用范圍。目前許多學(xué)者對(duì)改性木材的表面涂飾性能進(jìn)行了研究，并取得了一定的成果[4-5]。漆膜附著力是涂飾性能中一項(xiàng)重要的測(cè)試指標(biāo)，反映漆膜與被附著物體表面通過(guò)物理和化學(xué)力作用結(jié)合在一起的堅(jiān)固程度[6]。漆膜附著力表明漆膜能很好的附著在木材表面，對(duì)木材具有保護(hù)和裝飾作用，讓其在使用過(guò)程中更持久、更穩(wěn)定[7]。漆膜與基材相互間產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)合力是決定漆膜附著力的重要因素，其中成膜物質(zhì)對(duì)基材的潤(rùn)濕程度是影響漆膜附著力的關(guān)鍵因素，如丙烯酸酯類聚合物中的羧基(--COOH) 、酯基(--COOR) ，聚氨酯中的異氰酸酯(N--C--O) 等極性基團(tuán)均可以與木材中的羥基形成很強(qiáng)的氫鍵作用[8-9]。研究表明：木材經(jīng)改性處理后，其耐候性、耐腐性、涂飾性等均得到了改善[10-12]。本文主要從浸漬改性、高溫?zé)崽幚砀男?、浸漬聯(lián)合高溫?zé)崽幚砀男匀齻€(gè)角度，概述木材表面涂飾性能改良的相關(guān)研究，以期為改善改性木材的涂飾性能的研究提供參考。

1 浸漬改性

浸漬改性一般通過(guò)一定的浸漬處理工藝，將不同類型的化學(xué)改性劑浸注到木材內(nèi)部[13-14]。部分改性劑可與木材細(xì)胞壁上的官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，使木材增容；另一部分則可能由于尺寸原因，無(wú)法進(jìn)入木材細(xì)胞壁，填充聚集在木材細(xì)胞腔中，從而使得木材細(xì)胞壁、細(xì)胞腔的物理化學(xué)構(gòu)造產(chǎn)生改變，達(dá)到對(duì)木材性能優(yōu)化的目的。因速生材樹(shù)種一般密度較小、孔隙大，改性劑更容易浸漬進(jìn)入木材中[15]。針對(duì)改性劑的種類不同，浸漬改性可分為有機(jī)物浸漬改性和無(wú)機(jī)物浸漬改性[16]。

1.1 有機(jī)物浸漬改性

有機(jī)物改性木材是將有機(jī)物在一定條件下浸入到木材中，有機(jī)改性劑沉積于木材細(xì)胞腔中，或與細(xì)胞壁成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而在木材中固定，進(jìn)而提升木材的尺寸穩(wěn)定性、耐菌腐性、耐老化性能等[17-18]。

袁沛沛等[19]對(duì)楊木和輻射松進(jìn)行蔗糖/DMDHEU（1，3-二羥甲基-4，5-二羥基亞乙基脲）浸漬改性，并采用三種水性涂料分別對(duì)其涂飾處理，研究蔗糖/DMDHEU改性對(duì)楊木和輻射松涂飾和耐老化性能的影響。結(jié)果表明：改性材的漆膜附著力較未改性木材顯著提高，證明改性處理有助于提升漆膜在木材表面的附著力；經(jīng)過(guò)12個(gè)月的室外老化測(cè)試發(fā)現(xiàn)，改性材的表面開(kāi)裂現(xiàn)象得到改善，同時(shí)延緩了木材的表面變色。Emmerich等[20]使用DMDHEU或MDHEU（乙醚改性DMDHEU衍生物）對(duì)蘇格蘭松木材進(jìn)行浸漬改性處理，發(fā)現(xiàn)該處理幾乎不會(huì)對(duì)丙烯酸基和醇酸基涂層的性能產(chǎn)生負(fù)面影響，包括干燥速率、拉脫強(qiáng)度、木材表面和涂層之間的界面等。相反，一些水性和溶劑性涂飾的濕附著力相比于未改性材有所改善，其木材表面的接觸角減小。元海廣等[21]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)脲醛樹(shù)脂浸漬改性的楊木，其涂飾性能與油漆種類密切相關(guān)。與素材相比，聚氨酯漆膜附著力下降明顯，硝基漆和水性漆漆膜附著力變化較小。李永博等[22]以速生楊木脲醛樹(shù)脂改性材為研究對(duì)象，研究改性后木材的飾面性能。發(fā)現(xiàn)浸漬改性材的濕潤(rùn)性較素材增強(qiáng)。改性材表面的接觸角小于未處理材與液體的接觸角，因此脲醛樹(shù)脂改性材的表面涂飾性能也較素材有所提升。孟什等[23]用低分子量氮羥甲基樹(shù)脂浸漬改性楊木，指出浸漬處理在一定程度上提升了水性丙烯酸涂料在木材表面的潤(rùn)濕性，對(duì)漆膜干燥速率和漆膜附著力沒(méi)有顯著影響。此外，氮羥甲基樹(shù)脂改性也不會(huì)降低涂料的漆膜黏度。

綜上，有機(jī)物浸漬改性可以有效提升木材的表面涂飾性能。研究表明：有機(jī)物浸漬改性也可減輕因真菌或老化引起的表面變色[24]。

1.2 無(wú)機(jī)物浸漬改性

木材無(wú)機(jī)浸漬改性是以木材為基體，無(wú)機(jī)物質(zhì)為添加相，通過(guò)化學(xué)、物理和生物等方法浸入到木材細(xì)胞腔形成不溶物質(zhì)或與細(xì)胞壁發(fā)生一定的復(fù)合反應(yīng)制成的新型材料。無(wú)機(jī)物質(zhì)改性的木材兼?zhèn)淠静暮蜔o(wú)機(jī)物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，在木材固有的性能上賦予新的功能[25-26]。由于大部分改性劑對(duì)環(huán)境友好，因而成為木材改性研究的熱點(diǎn)[27]。

李萍等[28]用硅酸鹽浸漬改性杉木，并研究了硅酸鹽對(duì)杉木表面水性漆膜附著力的影響。結(jié)果表明：改性處理使杉木表面的漆膜附著力有所下降，但下降幅度較小。包新德[29]以速生毛白楊為試材，硅酸鈉為改性劑，通過(guò)真空加壓浸漬得到硅酸鈉浸漬改性楊木。研究指出：硅酸鈉改性使楊木表面紋理更加清晰，改性材的表面光澤度有所降低，但經(jīng)清漆涂飾后，改性楊木表面光澤度顯著提高，其中油性清漆涂飾效果較好。此外，硅酸鈉浸漬雖使木材表面附著力變差，但未出現(xiàn)不合格品，說(shuō)明改性處理不會(huì)過(guò)度影響楊木表面的漆膜附著力。邱竑韞[30]采用Fe2(SO4)3溶液對(duì)歐洲櫟木材表面進(jìn)行處理，隨后進(jìn)行UV漆涂飾，發(fā)現(xiàn)涂飾后試樣的耐高溫高濕性和抗老化效果有所提高。

綜上可見(jiàn)，無(wú)機(jī)物浸漬改性對(duì)木材表面涂飾性能影響不大。然而大部分無(wú)機(jī)物在木材細(xì)胞壁中的滲透性差，導(dǎo)致改性木材存在抗流失性差、脆性大、易開(kāi)裂、吸濕性差等問(wèn)題。因此，可將有機(jī)/無(wú)機(jī)聯(lián)合浸漬改性作為以后研究的重點(diǎn)。

2 高溫?zé)崽幚砀男?/h2>

熱處理在改善木材的尺寸穩(wěn)定性、生物耐久性等方面具有良好的效果[31-34]。熱處理后，木材的化學(xué)和物理性質(zhì)發(fā)生變化，抽提物減少，pH值降低，木材油脂均勻分布，有利于涂飾[35-36]。同時(shí)，高溫?zé)崽幚砉に嚐o(wú)需添加化學(xué)試劑，不會(huì)產(chǎn)生污染。

孟素戎等[37]對(duì)橄欖木進(jìn)行炭化處理，并分別涂飾三種涂料[硝基清漆、聚氨酯清漆(雙組份)、水性涂料]。結(jié)果表明：炭化處理有助于提高漆膜附著力，且水性漆與聚氨酯漆的漆膜附著力高于硝基漆。郭飛等[38]以水蒸氣為導(dǎo)熱介質(zhì),設(shè)定不同溫度和時(shí)間為影響因素對(duì)馬尾松進(jìn)行熱處理，再分別涂飾水性漆和油性漆，并對(duì)處理材進(jìn)行附著力、平衡含水率和結(jié)晶度測(cè)定。結(jié)果表明：熱處理不會(huì)影響水性漆的漆膜附著力，與素材一樣都為0 級(jí)；但對(duì)于油性聚氨酯漆，隨著熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)和溫度的增加，其漆膜附著力也逐漸下降，達(dá)到1～3 級(jí)，但并沒(méi)有剝落的情況。處理材油性漆的漆膜附著力隨平衡含水率的增加而降低；處理材的纖維素結(jié)晶度提高, 羥基的數(shù)量減少，進(jìn)而使基材的潤(rùn)濕性降低，從而減弱了處理材的漆膜附著力。嚴(yán)悅等[39]以氮?dú)鉃榻橘|(zhì)對(duì)紅松以及橡膠木進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，?20～220 ℃范圍內(nèi)以20 ℃為梯度處理4 h，再對(duì)處理材分別進(jìn)行油性漆、水性漆和木蠟油的涂飾。結(jié)果表明：改性紅松和橡膠木涂飾后的漆膜性能良好, 油性漆和木蠟油涂飾材的耐干熱性、耐濕熱性、附著力、耐磨性均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)，而水性漆涂飾效果較差。李鳳龍等[40]對(duì)落葉松木材進(jìn)行熱處理改性并對(duì)其表面進(jìn)行涂飾，發(fā)現(xiàn)了類似的規(guī)律。于家豪[41]對(duì)番龍眼木材進(jìn)行高溫處理，并用UV漆進(jìn)行表面涂飾，發(fā)現(xiàn)熱處理材的表面濕潤(rùn)性較差，其漆膜附著力也低于素材，由1 級(jí)降低到2 級(jí)，這可能與UV涂料在熱處理材中較差的滲透性有關(guān)。鄧邵平等[42]對(duì)杉木進(jìn)行熱處理，并采用醇酸清漆和聚氨酯漆對(duì)其進(jìn)行涂飾。結(jié)果表明：熱處理材的漆膜耐磨性隨熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)和溫度的升高而下降；200 ℃以上較長(zhǎng)時(shí)間處理會(huì)使漆膜耐磨性顯著下降，下降程度與涂料的種類有關(guān)。

有研究表明：高溫?zé)崽幚頃?huì)提升木材表面的漆膜附著力，這是由于熱處理后木材中的抽提物含量減少，表面孔隙增加，提高了木材的滲透性，漆料更容易進(jìn)入木材中的孔隙與細(xì)胞腔，且與木材表面結(jié)合性更好，在一定程度上提高了漆膜附著力。然而，也有研究表明：高溫?zé)崽幚頃?huì)降低漆膜附著力，這可能與高溫?zé)崽幚砗?，木材表面濕?rùn)性的降低有關(guān)[42-44]。同時(shí)，木材表面平衡含水率降低，導(dǎo)致漆膜附著力下降[45]，對(duì)于UV漆和油性漆涂飾尤為明顯，因?yàn)闊崽幚聿闹械幕钚粤u基減少，聚氨酯中的異氰酸酯（N--C--O）等極性基團(tuán)與基材產(chǎn)生鍵合的機(jī)會(huì)減少，影響了油性聚氨酯漆漆膜的附著。然而，UV漆和油性漆正被大規(guī)模使用，因此，針對(duì)高溫?zé)崽幚砟静耐匡椥阅艿母纳茟?yīng)開(kāi)展更多研究。

3 浸漬聯(lián)合高溫?zé)崽幚砀男?/h2>

由于高溫?zé)崽幚砀男詴?huì)使木材表面涂飾性能下降，國(guó)內(nèi)外學(xué)者嘗試將浸漬處理聯(lián)合高溫?zé)崽幚砀男阅静摹?/p>

王夢(mèng)蕾等[46]對(duì)楊木和輻射松進(jìn)行酚醛樹(shù)脂浸漬處理，再對(duì)浸漬后的試材進(jìn)行高溫?zé)崽幚?。結(jié)果表明：浸漬處理和浸漬聯(lián)合熱處理得到的試材其涂飾的附著力分別為1 級(jí)和2 級(jí)，涂飾后木材的顏色趨近于深色，紋理更加清晰美觀，表面富有光澤。林鑫[47]用聚乙二醇浸漬改性橡膠木，然后對(duì)其進(jìn)行熱處理。研究發(fā)現(xiàn)：與素材相比，熱處理材表面對(duì)水性漆的濕潤(rùn)度下降，且對(duì)丙烯酸酯和聚氨酯涂料的漆膜附著力下降；聚乙二醇聯(lián)合熱處理，可提高木材表面的濕潤(rùn)性和漆膜附著力。張南南[48]用二氧化硅摻雜二氧化鈦浸漬改性熱處理橡膠木，并與熱處理材的涂飾性能進(jìn)行對(duì)比。發(fā)現(xiàn)經(jīng)二氧化硅摻雜二氧化鈦浸漬改性后，熱處理材的明度值增加38.24%，老化四周后，其表面色差較熱處理材下降35.78%；經(jīng)丙烯酸水性涂飾后，二氧化硅摻雜二氧化鈦浸漬熱處理材漆膜的表干和實(shí)干時(shí)間縮短，說(shuō)明著漆性增強(qiáng)。

上述研究表明，浸漬聯(lián)合高溫?zé)崽幚砀男钥捎行Ц纳聘邷責(zé)崽幚聿谋砻娴耐匡椥阅?，同時(shí)還能提高木材的尺寸穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)提升木材表面涂飾性能對(duì)木材進(jìn)行改性已取得了許多進(jìn)展，但也存在一些不足。今后的研究工作可以圍繞以下兩個(gè)方面展開(kāi)：

1）有機(jī)物浸漬改性與浸漬聯(lián)合高溫處理可以有效提高木材表面涂飾性能，無(wú)機(jī)物浸漬改性則對(duì)木材表面涂飾性能無(wú)明顯影響，而大多數(shù)研究證明高溫?zé)崽幚韺?duì)木材涂飾性能產(chǎn)生消極影響。對(duì)于以上影響規(guī)律，今后應(yīng)將有機(jī)/無(wú)機(jī)聯(lián)合浸漬改性和浸漬聯(lián)合高溫?zé)崽幚砀男宰鳛檠芯康闹攸c(diǎn)。

2）探尋改善熱處理材表面涂飾缺陷的解決方法，最大限度增強(qiáng)木材涂飾性能及其他多方面性能，使木材能夠更廣泛的用于生產(chǎn)生活。