云南松木材脫脂工藝的研究

劉 彬，邱 堅，趙毅力，夏 炎*

(1．南京市產品質量監督檢驗院，南京210019;2．西南林業大學材料工程學院，昆明650224;3．西南林業大學計算機與信息學院，昆明650224)

云南松是云南省儲蓄量較大，分布較廣的針葉樹種，生長速度快，樹干通直，經濟性好。云南松木材紋理清晰美觀，自然氣息濃郁，色淺，硬度適中，強度和彈性模量較大，制品經久耐用［1-2］。松木家具不論在我國還是在西歐、北美、日本等地區都有很大的市場，但是松木的松脂含量較高，易導致木材變色、膠粘性能下降、漆膜附著力降低，且由于松脂的高含量，導致松木木材難于進行改性處理，因此，常對松木木材進行脫脂處理，以降低松木木材內脂類化合物的含量，提高松木木材的實用價值［3-7］。

本文采用不同的藥劑與處理方案對云南松木材進行脫脂處理，通過索氏抽提物含量、脫脂后木材對改性藥劑的載藥量、力學強度等綜合分析評價最佳的脫脂藥劑與處理方案，以期為云南松木材的脫脂，以及進一步的改性處理提供理論依據與技術指導。

1 實驗材料與方法

1．1 脫脂處理方案

實驗以云南松木材為研究對象，利用化學藥劑對云南松木材進行浸泡脫脂的方法。脫脂處理的實驗方案共有4個因素:處理時間、預處理條件、藥劑濃度、脫脂藥劑。各因素對應的水平分別為［8-11］:

處理時間:常溫常壓條件下處理3 h和6 h，2個水平。

預處理條件:先將云南松木材放在冷水中浸泡24 h，進而升溫至70℃，保溫浸泡24 h。分為進行預處理與不進行預處理2個水平。

藥劑濃度:1%和2%，2個水平。

脫脂藥劑:NaOH、甲醇、NH4HCO3、乙醇，共4個水平。

實驗采用正交實驗L8(24×4)的設計方案，脫脂處理方案見表1。

表1 脫脂處理的正交實驗方案Tab．1 Orthogonal experimental design of degreasing process

1．2 評價指標與試件情況

實驗以云南松木材為研究對象，實驗前將木材加工成標準試樣30 mm×20 mm×20 mm。每組脫脂處理的試件數目均為20個，處理后進行烘干，每組取10個脫脂試件進行索氏抽提，評價脫脂情況。每組取5個脫脂試件進行改性處理，評價脫脂處理是否改善松木木材對于改性藥劑的吸收，改性藥劑為木材防腐劑。每組取5個脫脂試件進行順紋抗壓強度的檢測，評定脫脂處理對于木材力學性質的影響情況。

脫脂處理后在80℃條件下對木材試件進行烘干，干燥至含水率為12%左右，干燥后粉碎成40～60目的木粉，再依據索氏抽提法對脫脂后的云南松木粉進行有機溶劑的抽提，具體實驗步驟、計算方法均按照《GB/T 2677．6-1994造紙原料有機溶劑抽出物含量的測定》進行［12-14］。

木材進行脫脂處理后，對改性木材進行力學性能的檢測，以分析比較脫脂處理對木材力學性質的影響。檢測項目為順紋抗壓強度，這是因為順紋抗壓強度與其它力學強度指標存在相關關系，是較為重要的強度指標，因此本文選擇了順紋抗壓強度作為參考的力學性能參數，并同時與未脫脂處理的木材順紋抗壓強度對比，分析脫脂處理對云南松木材順紋抗壓強度的影響。

2 實驗結果

2．1 不同處理方案的脫脂效果

依照表1中的實驗方案進行云南松木材的脫脂處理，處理后根據國家標準依據索氏抽提法對松木木材中的含脂量進行計算分析，進而評價不同處理方案的脫脂效果。索氏抽提物含量為:

式中:G1為抽提前木粉絕干重，g;G2為抽提后木粉的絕干重，g。

根據國家標準 GB/T 2677．6-1994計算得到脫脂處理后，松木木材中的含脂量情況購見表2。

表2 脫脂木材與對照試件的木材含脂率Tab．2 Resin content of treated Pinus SP．wood and untreated Pinus SP．wood

表2中對照試件為未經脫脂處理的云南松木材，1～8分別為依照表1的實驗方案進行脫脂處理的云南松木材。為判斷脫脂處理的優選方案，再根據含脂率的計算結果進行正交實驗的極差分析，依據含脂率低的程度分析較優的因素及各因素對應的較佳水平，分析結果見表3。

對于脫脂效果而言，處理方案為脫脂藥劑采用NaOH，進行預處理，脫脂處理時間為6 h，濃度為1%，在這個處理方案之下，脫脂處理后的木材中含脂量最低，即脫脂程度最高。

表3 正交實驗結果分析Tab．3 Results of the orthogonal experiments

2．2 脫脂后松木木材對改性藥劑載藥情況的研究

木材進行脫脂處理后，在80℃條件下對脫脂木材進行烘干處理，烘至含水率12%左右，再將木材試件放在改性藥劑中在常溫常壓條件下進行浸泡，浸泡時間為4 h，以分析脫脂處理是否能夠提高木材對于改性藥劑的載藥情況，改性藥劑為木材防腐劑，實驗結果見表4。

表4 脫脂木材與對照試件的載藥情況Tab．4 Treatability for wood preservatives of treated Pinus SP．wood and untreated Pinus SP．wood

從表4中可以看出，云南松木材在經過脫脂處理后，對于改性藥劑的載藥量明顯高于沒有經過脫脂處理的對照試件，這說明脫脂處理可以有效去除木材中的脂類化合物，明顯改善木材對于改性藥劑的吸收情況。

再對載藥率的計算結果進行正交實驗的極差分析，根據載藥率高的程度分析較優的因素及各因素對應的較佳水平，得到結果為脫脂藥劑采用NaOH，不進行預處理，脫脂處理時間為3h，濃度為2%，在這個處理方案之下，脫脂處理后的木材對于改性藥劑的吸收程度最高。

分析實驗結果可以得出，對脫脂率影響程度最高的實驗因素為脫脂藥劑，在脫脂藥劑采用NaOH的水平下，脫脂處理后對改性藥劑的吸收情況最好。此外還可以得出，預處理條件/脫脂處理時間及藥劑濃度對于實驗結果的影響程度均要次于脫脂藥劑。對于預處理條件、處理時間和藥劑濃度，可以根據指標重要性的原則進行選擇，如果處理目的僅為脫除脂類化合物，則可以依據脫脂率低的優選處理方案;如果處理目的為提高松木對于改性藥劑的吸收，則可以依據載藥率高的優選處理方案。

2．3 脫脂后松木木材的力學性能測試

木材進行脫脂處理后，對改性木材進行力學性能的檢測，以分析脫脂處理對木材力學性質的影響。檢測項目為順紋抗壓強度，這是因為順紋抗壓強度與其它力學強度指標存在相關關系，是較為重要的強度指標，因此本文選擇了順紋抗壓強度作為考慮的力學性能參數。測量結果見表5和如圖1所示。

表5 脫脂木材與對照試件抗壓強度的平均值Tab．5 Averages of compressive strength of treated Pinus SP．wood and untreated Pinus SP．wood

圖1 脫脂木材與對照試件的抗壓強度Fig．1 Compressive strength of treatedPinus SP．wood and untreated Pinus SP．wood

從圖1中可以看出，經脫脂處理后松木木材順紋抗壓強度并沒有出現明顯的下降，甚至有的脫脂木材抗壓強度高于對照試件，這可能是因為木材自身生物差異性的原因，但也說明了脫脂處理沒有顯著影響木材的抗壓性能，脫脂處理后木材還保持了自身的力學性質，不會對后面的加工、使用產生不良影響。

3 結論

(1)利用索氏抽提法對脫脂處理后松木木材中的含脂率進行計算分析，對于脫脂效果而言，較佳的工藝是脫脂藥劑為NaOH，進行預處理，浸泡處理時間為6h，濃度為1%，在這個處理方案之下，脫脂處理后的木材中含脂量最低，即脫脂效果相對最好。

(2)云南松木材脫脂處理后再進行改性處理，對于改性藥劑的載藥率，較佳的脫脂方案是藥劑為NaOH，不進行預處理，脫脂處理時間為3h，濃度為2%，在這個處理方案之下，脫脂處理后的木材對于改性藥劑的吸收程度最高。

綜合分析脫脂效果和松木木材對于改性藥劑的吸收情況，可以得出脫脂藥劑采用NaOH的處理效果最好。對于預處理條件、處理時間和藥劑濃度，可以根據指標重要性的原則結合實際應用目的進行選擇。

(3)木材順紋抗壓強度測定表明脫脂處理沒有顯著影響木材的抗壓性能，脫脂處理后木材能夠保持自身的力學性質，不會對后面的加工、使用產生不良影響。

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［14］GB/T 2677．6-1994，造紙原料有機溶劑抽出物含量的測定［S］．北京，中國標準出版社，1994．