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，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)重要的測試指標(biāo)，反映漆膜與被附著物體表面通過物理和化學(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，對木材具有保護(hù)和裝飾作用，讓其在使用過程中更持久、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)對基材的潤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€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)到對木材性能優(yōu)化的目的。因速生材樹種一般密度較小、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其涂飾處理，研究蔗糖/DMDHEU改性對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12個月的室外老化測試發(fā)現(xiàn)，改性材的表面開裂現(xiàn)象得到改善，同時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)該處理幾乎不會對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]以速生楊木脲醛樹脂改性材為研究對象，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濕性，對漆膜干燥速率和漆膜附著力沒有顯著影響。此外，氮羥甲基樹脂改性也不會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 無機(jī)物浸漬改性

木材無機(jī)浸漬改性是以木材為基體，無機(jī)物質(zhì)為添加相，通過化學(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。無機(jī)物質(zhì)改性的木材兼?zhèn)淠静暮蜔o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，說明改性處理不會過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，無機(jī)物浸漬改性對木材表面涂飾性能影響不大。然而大部分無機(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、易開裂、吸濕性差等問題。因此，可將有機(jī)/無機(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，高溫?zé)崽幚砉に嚐o需添加化學(xué)試劑，不會產(chǎn)生污染。

孟素戎等[37]對橄欖木進(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)定不同溫度和時間為影響因素對馬尾松進(jìn)行熱處理，再分別涂飾水性漆和油性漆，并對處理材進(jìn)行附著力、平衡含水率和結(jié)晶度測定。結(jié)果表明：熱處理不會影響水性漆的漆膜附著力，與素材一樣都為0 級；但對于油性聚氨酯漆，隨著熱處理時間的延長和溫度的增加，其漆膜附著力也逐漸下降，達(dá)到1～3 級，但并沒有剝落的情況。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)到國家標(biāo)準(zhǔn)一級，而水性漆涂飾效果較差。李鳳龍等[40]對落葉松木材進(jìn)行熱處理改性并對其表面進(jìn)行涂飾，發(fā)現(xiàn)了類似的規(guī)律。于家豪[41]對番龍眼木材進(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性較差，其漆膜附著力也低于素材，由1 級降低到2 級，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]對杉木進(jìn)行熱處理，并采用醇酸清漆和聚氨酯漆對其進(jìn)行涂飾。結(jié)果表明：熱處理材的漆膜耐磨性隨熱處理時間的延長和溫度的升高而下降；200 ℃以上較長時間處理會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嵘静谋砻娴钠崮じ街?，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档推崮じ街?，這可能與高溫?zé)崽幚砗?，木材表面濕潤性的降低有關(guān)[42-44]。同時，木材表面平衡含水率降低，導(dǎo)致漆膜附著力下降[45]，對于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，針對高溫?zé)崽幚砟静耐匡椥阅艿母纳茟?yīng)開展更多研究。

3 浸漬聯(lián)合高溫?zé)崽幚砀男?/h2>

由于高溫?zé)崽幚砀男詴鼓静谋砻嫱匡椥阅芟陆?，國?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>

王夢蕾等[46]對楊木和輻射松進(jìn)行酚醛樹脂浸漬處理，再對浸漬后的試材進(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 級和2 級，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，熱處理材表面對水性漆的濕潤度下降，且對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)干時間縮短，說明著漆性增強(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埽瑫r還能提高木材的尺寸穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

針對提升木材表面涂飾性能對木材進(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方面展開：

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，無機(jī)物浸漬改性則對木材表面涂飾性能無明顯影響，而大多數(shù)研究證明高溫?zé)崽幚韺δ静耐匡椥阅墚a(chǎn)生消極影響。對于以上影響規(guī)律，今后應(yīng)將有機(jī)/無機(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。