內容簡介
《木材保護學(第二版)》論述瞭我國的林木資源及其閤理、高效的利用,木材、人類與環境的關係,木材保護中的環境汙染與淨化;重點闡述瞭木材的生物學特性、木材漂白與染色、木材防腐、木材防蟲、木材阻燃、木材強化、木材尺寸穩定性和耐候性的基本概念、作用原理、處理方法及現代波譜分析技術。
《木材保護學(第二版)》適於普通高等院校木材科學與工程專業本科生使用,也可作為相關專業人員的參考用書。
內頁插圖
目錄
前言
1 緒論
1.1 我國的森林資源
1.1.1 稀有和名貴樹種多
1.1.2 竹林資源廣闊分布
1.1.3 經濟林木非常豐富
1.1.4 紅樹林資源獨特
1.1.5 森林資源尚有不足
1.2 資源保護與閤理利用
1.2.1 資源保護與發展
1.2.2 資源的閤理利用
1.3 木材、人類與環境
1.3.1 木材的視覺特性
1.3.2 木材的觸覺特性
1.3.3 木材的聽覺特性
1.3.4 木材的嗅覺特性
1.3.5 木材的調節特性
1.3.6 木材的生態學屬性
2 木材的保護學特性
2.1 木材的生物分解
2.1.1 分解木材的微生物
2.1.2 木材組分的生物分解
2.2 木材的各嚮異性和變異性
2.2.1 木材的各嚮異性
2.2.2 木材的變異性
2.3 木材的可濕性
2.3.1 木材的潤濕性
2.3.2 木材的吸濕性
2.4 木材的酸堿性
2.4.1 木材中的酸性成分
2.4.2 木材的pH
2.4.3 木材酸堿性質與木材保護的關係
2.5 木材的加工性
2.5.1 機械加工
2.5.2 連接性能
2.5.3 化學加工
3 木材變色、漂白與染色
3.1 木材的變色與防治
3.1.1 木材的變色因素
3.1.2 木材變色的類型
3.1.3 木材脫色方法的確定
3.1.4 木材變色的防治
3.1.5 泡桐木材的變色與防治
3.2 木材漂白
3.2.1 木材漂白基本原理
3.2.2 木材漂白常用的化學藥劑
3.2.3 木材漂白的影響因素
3.3 木材染色
3.3.1 木材染色原理和木材染色評價方法
3.3.2 木材染色用染料
3.3.3 木材染色的影響因素
3.3.4 單闆的染色技術
3.3.5 薄木的染色技術
3.3.6 實木的染色技術
3.3.7 立木染色技術
3.3.8 木材的錶麵著色技術
4 木材防腐
4.1 真菌對木材的危害
4.1.1 形成真菌危害木材的必要條件
4.1.2 木材腐朽的類型
4.2 木材防腐處理
4.2.1 木材防腐機理
4.2.2 木材防腐劑
4.2.3 防腐處理工藝
4.2.4 防腐木材的使用分類及質量要求
4.2.5 防腐處理對木材性質的影響
4.3 木材防腐的新途徑
4.3.1 破壞和斷絕微生物的生存之本
4.3.2 采用微生物和樹木提取物防治木材腐朽
4.3.3 使用驅散劑排斥“高一級”生物危害木材
4.3.4 通過化學改性提高木材防腐性能
4.3.5 探索新型木材防腐劑
5 木材蟲害與防治
5.1 留粉甲蟲對木材的危害與防治
5.1.1 粉蠹科
5.1.2 竊蠹科
5.1.3 天牛科
5.1.4 木材的防蟲處理
5.2 海生蛀木動物對木材的危害與防治
5.2.1 主要的海生蛀木動物
5.2.2 海生蛀木動物的防治
5.3 白蟻對木材的危害與防治
5.3.1 白蟻的種類與分布
5.3.2 白蟻的危害與防治
5.4 火燒原木的防護
5.4.1 水存法
5.4.2 濕存法
5.4.3 熏蒸法
6 木材阻燃
6.1 木材燃燒過程
6.2 木材阻燃處理
6.2.1 阻燃處理方法
6.2.2 常用的木材阻燃劑
6.2.3 無機阻燃劑
6.2.4 有機阻燃劑
6.2.5 木材及木質材料的阻燃處理
6.2.6 木質人造闆的阻燃處理
6.3 阻燃機理
6.3.1 控製熱降解、熱分解過程
6.3.2 控製著火過程
6.3.3 控製有焰燃燒
6.3.4 控製無焰燃燒和錶麵燃燒
6.3.5 木材阻燃機理研究新進展
6.4 阻燃處理對材性及加工性的影響
6.4.1 強度
6.4.2 吸濕性
6.4.3 膠閤性
6.4.4 塗飾性
6.5 阻燃處理木材的阻燃性能評價
6.5.1 FRW阻燃木材的難燃性和發煙性能評價
6.5.2 燃燒和阻燃性能的綜閤評價——錐形量熱儀法
7 木質材料的耐候性
7.1 影響木質材料耐候性的因素
7.1.1 實木耐候性的影響因素
7.1.2 人造闆耐候性的影響因素
……
8 木材的尺寸穩定化
9 木材的強化
10 木材與保護劑作用機理和波譜分析
11 木材保護中的環境問題
主要參考文獻
附錄1
附錄2
附錄3
附錄4
前言/序言
根據全國普通高等林業院校農林工程教學指導委員會林業工程分委員會推薦、專傢評審和教育部批準,現將原“九五”國傢級重點教材、麵嚮21世紀課程教材-《木材保護學》按照普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材的要求進行修訂再版,作為普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材齣版。
本書的立意如下:
(1)順應“開發新型工程材料資源和保護人類生存環境”這一國際性經濟建設與發展的主題,運用科學技術的力量,保護木材、改良木材,使木材這種可再生循環、永續利用的資源,在經濟建設中起到更重要的作用,産生巨大的社會效益和經濟效益。
(2)總結瞭作者長期從事木材保護學教學和科研工作的經驗與體會,並將國內外有關木材保護學方麵的先進研究方法、現代測試手段及國際前沿研究的最新成果納入書中。
(3)進入21世紀,森林被認為是保障地球環境、維護人類生存的重要因素。人類認識到以破壞環境和資源為代價謀取發展是一條危險的道路,因此需要木材科學與工程工作者站在新的高度、用新的眼光展望和規劃21世紀木材工業的發展。本書注重培養學生樹立熱愛自然、保護資源和維護環境的意識,珍重和發展木材、人類與環境的關係,進而實現木材資源的閤理利用、高效利用和可持續發展,以及不斷提高人類的生活質量。
(4)有關木材的生物學特性及木材保護方法和原理等內容也適用於其他生物質資源的保護與利用,因此對21世紀世界矚目的“生物質工程”的實施具有科學價值。
本書在修訂過程中,在主要章節更新瞭一些內容:①加入瞭一些近年來編者和我國學者相關的研究成果;②考慮到作為教材的簡明性,對原版中的部分章節予以凝練。
本書適用於高等院校木材科學與工程專業,也適用於木材保護與改性、傢具、室內裝飾和其他相關專業。
木材保護學(第二版) 一、 緒論 木材,作為一種取之不盡、用之不竭的天然可再生資源,在人類文明發展史上扮演著舉足輕重的角色。從遠古的棲身之所到現代的建築骨架,從精美的傢具到承載曆史的古跡,木材的廣泛應用無不彰顯其獨特的魅力與價值。然而,木材作為一種有機材料,其天然屬性決定瞭它極易受到生物侵蝕(如腐朽菌、黴菌、昆蟲等)和環境因素(如潮濕、乾燥、紫外綫輻射等)的影響,導緻其性能劣化、壽命縮短,甚至最終被破壞。因此,如何有效地保護木材,延長其使用壽命,充分發揮其價值,一直是人類麵臨的重要課題。 《木材保護學(第二版)》旨在係統、深入地闡述木材保護的理論基礎、技術方法、應用實踐以及發展趨勢。本書力求全麵涵蓋木材保護領域的最新研究成果和行業發展動態,為相關領域的研究人員、工程師、技術人員以及木材加工、使用行業的從業者提供一本權威、實用的參考書籍。第二版的修訂與更新,更加注重理論與實踐的結閤,在原有基礎上,對許多關鍵技術和應用進行瞭更細緻的闡述和更深入的探討,並加入瞭近年來發展迅速的新興保護技術和環保理念。 二、 木材的自然劣化與損害 木材的自然劣化是導緻其使用性能下降、壽命縮短的根本原因。瞭解這些劣化機製,是進行有效保護的前提。 1. 生物性損害: 腐朽: 這是木材最主要的生物性損害之一,主要由腐朽菌(如白腐菌、褐腐菌、軟腐菌)引起。腐朽菌通過分泌酶類分解木材中的縴維素、半縴維素和木質素,導緻木材顔色、強度和結構發生變化,最終變得疏鬆、易碎。不同種類的腐朽菌對木材組分的分解能力不同,産生的損害特徵也各異。例如,褐腐菌主要分解縴維素和半縴維素,使木材失去強度而保留木質素,呈現褐變;白腐菌則能分解木質素,使木材呈現白化、疏鬆。 黴變與變色: 由黴菌、藻類、細菌等引起。這些微生物主要侵染木材錶麵,雖然通常不深入木材內部,也不嚴重降低木材強度,但會引起木材錶麵顔色變化(如變黑、變綠、變藍等),影響美觀。在潮濕環境下,黴變尤其普遍。 昆蟲損害: 蛀木昆蟲: 如白蟻、粉蠹、天牛、象鼻蟲等。白蟻是破壞性極強的昆蟲,其群體生活習性使其能在短時間內對木材造成嚴重破壞,尤其威脅建築結構木材。粉蠹(俗稱“傢具蟲”)主要蛀食乾燥木材,其幼蟲在木材內部鑽蛀隧道,成蟲羽化時會蛀齣圓孔,嚴重影響傢具、木製品的質量。天牛和象鼻蟲的幼蟲也對木材具有很強的破壞性。 其他昆蟲: 如一些甲蟲的幼蟲,可能對木材造成錶麵損傷或淺層蛀蝕。 2. 非生物性損害: 物理性損害: 吸濕與乾燥: 木材是一種親水性材料,其含水率會隨著環境濕度的變化而變化。水分的吸濕與乾燥循環會導緻木材發生尺寸變化(膨脹與收縮),産生內應力,進而引起開裂、翹麯、變形等現象,尤其是在木材的端部和錶麵。 摩擦與磨損: 在頻繁接觸和使用環境中,木材錶麵會因摩擦而産生磨損,影響其外觀和使用壽命。 機械應力: 過度的載荷或衝擊會導緻木材發生斷裂、壓潰等。 化學性損害: 紫外綫輻射: 太陽光中的紫外綫會分解木材錶麵成分,特彆是木質素,導緻木材錶麵顔色變灰、變暗,並可能引起錶麵粗糙化。 化學腐蝕: 木材在某些化學介質(如酸、堿、鹽溶液)中可能發生化學分解或變色。例如,在土壤或水中,木材可能與其中的化學物質發生反應。 氧化: 木材中的一些成分在氧氣作用下可能發生氧化反應,導緻性能下降。 三、 木材保護的原理與方法 木材保護的核心在於阻止或延緩上述各種損害的發生。現代木材保護技術主要圍繞以下幾個方麵展開: 1. 物理保護: 乾燥處理: 閤理的乾燥是木材使用前的首要步驟。通過控製乾燥過程,降低木材含水率至使用環境的平衡含水率以下,可以顯著抑製腐朽菌和黴菌的生長。常用的乾燥方法包括窯乾、烘乾、氣乾等,並需要根據木材種類和用途選擇閤適的乾燥工藝。 尺寸穩定處理: 旨在減少木材的吸濕性或限製其吸濕膨脹。常見的方法包括: 熱處理: 如熱改性(例如,使用高溫蒸汽或惰性氣體處理),改變木材細胞壁結構,降低其吸濕性。 化學改性: 如醋酐處理、木材滲透改性(加入親水性聚閤物)等,改變木材的化學組成,提高其尺寸穩定性。 錶麵處理: 塗覆防護塗料(如油漆、清漆、木蠟油等)可以在木材錶麵形成保護層,阻隔水分、紫外綫和部分生物侵蝕。選擇閤適的塗料種類和施工工藝至關重要。 2. 化學保護(防腐處理): 防腐劑處理: 這是最常用且最有效的木材保護方法之一。防腐劑能夠毒殺或抑製木材中的腐朽菌、昆蟲等有害生物。防腐劑的種類繁多,根據其化學性質、作用機理、環保性等可分為: 水溶性防腐劑: 如銅鉻砷(CCA)、四烷基季銨化閤物(ACQ)、銅唑(CA)、烷基胺銅(AA)等。這些防腐劑通常通過加壓浸注的方式(如真空加壓法)深層滲透到木材內部,提供長效保護。 油溶性防腐劑: 如煤焦油(Creosote)、五氯酚(PCP)等。這些防腐劑主要用於要求較高耐久性的場閤,如鐵路枕木、電綫杆等,但其環保性受到限製。 有機防腐劑: 如異噻唑啉酮類、吡啶類等。近年來,許多新型有機防腐劑被開發齣來,更加環保且高效。 防腐劑的滲透與固定: 防腐劑的有效性不僅取決於其本身的毒性,還取決於其在木材中的滲透深度和固定性。加壓浸注技術是確保防腐劑有效滲透的關鍵。對於水溶性防腐劑,其在木材中的固定性(即不易流失)也十分重要,以保證長期保護效果。 3. 綜閤保護: 設計與選材: 在木材構件的設計階段,就應考慮其使用環境和可能麵臨的威脅。例如,避免設計容易積水、通風不良的結構。選擇耐候性好、不易腐蝕的木材種類也是重要的防護手段。 結閤保護: 將物理保護、化學保護以及結構設計等多種方法有機結閤,形成綜閤性的保護體係,以達到最佳的保護效果。例如,對戶外使用的木結構,可以先進行防腐處理,再塗覆保護塗料。 四、 木材保護技術在各領域的應用 木材保護技術在國民經濟的各個領域都有著廣泛的應用: 1. 建築行業: 無論是傳統建築的木構件,還是現代建築的木屋、木梁、木地闆、門窗等,都需要進行防腐、防蟲、防火、防潮和尺寸穩定處理,以保證建築的安全性和耐久性。尤其是一些重要的承重結構,其防護尤為關鍵。 2. 交通運輸: 鐵路枕木、橋梁木材、碼頭樁木等,長期暴露在潮濕、腐蝕環境中,需要進行高等級的防腐防蟲處理,以延長其使用壽命,保障交通安全。 3. 園林景觀: 戶外傢具、涼亭、棧道、圍欄、景觀小品等,需要承受風吹日曬雨淋,必須進行有效的防腐、防紫外綫和尺寸穩定處理,以保持其美觀和實用性。 4. 傢具與室內裝飾: 雖然室內環境相對溫和,但傢具、地闆、裝飾闆等木製品也需要考慮防蟲(如蛀蟲)、防潮和提高錶麵耐磨性。一些高端的木材保護處理還能賦予木材特殊的質感和光澤。 5. 工業包裝: 用於運輸和儲存貨物的木質包裝箱、托盤等,雖然其使用壽命相對較短,但仍需進行基本的防腐防蟲處理,以避免在運輸過程中發生損壞,影響貨物安全。 6. 文化遺産保護: 對於古建築、古傢具、木質文物等,其保護需要更加謹慎和精細。通常采用無損或微創的保護技術,以最大限度地保留其曆史價值和原始風貌。這可能涉及到特殊的防腐劑、加固材料和環境控製技術。 五、 新興木材保護技術與發展趨勢 隨著科技的不斷進步和環保意識的日益增強,木材保護領域也在不斷湧現新的技術和發展趨勢: 1. 環境友好型防腐劑: 傳統防腐劑(如CCA)因其潛在的毒性和環境風險,正逐漸被更環保的替代品所取代。目前,以銅為基礎的新型防腐劑(如ACQ、CA)以及各種低毒、易降解的有機防腐劑成為研發和應用的熱點。 2. 生物基保護劑: 利用天然的抗菌、防蟲物質(如植物提取物、生物酶等)開發生物基保護劑,是未來木材保護的重要方嚮,具有良好的環境兼容性。 3. 納米技術在木材保護中的應用: 納米材料(如納米氧化物、納米縴維素)具有獨特的性能,可以通過滲透和塗覆等方式,提升木材的防腐、防蟲、阻燃、防水、尺寸穩定等性能。 4. 改性木材技術: 除瞭傳統的防腐處理,對木材進行物理或化學改性,從根本上改變木材的內在性能,以提高其耐久性和穩定性。例如,醋酐改性、熱改性、氨基甲酸酯改性等技術,能夠顯著提高木材的尺寸穩定性,並一定程度上增強其抗生物侵蝕能力。 5. 智能監測與預警技術: 結閤傳感器技術和物聯網,對木材構件的溫濕度、腐蝕程度等進行實時監測,並建立預警係統,實現主動式、精細化的木材保護管理。 6. 生命周期評估(LCA): 在木材保護材料和技術的選擇上,越來越注重其對環境和人類健康的影響,從原材料的獲取到最終的廢棄,進行全生命周期的評估,以推廣可持續的木材保護方案。 7. 防火性能提升: 隨著對木結構建築防火要求的提高,木材的防火處理技術也受到越來越多的關注,包括使用阻燃劑、防火塗料以及結構設計等方法,提高木材的防火等級。 六、 結論 木材作為一種寶貴的自然資源,其閤理開發和有效保護對於實現可持續發展具有重要意義。《木材保護學(第二版)》係統地梳理瞭木材保護的理論知識和技術方法,並展望瞭未來的發展方嚮。通過深入理解木材的劣化機製,掌握先進的保護技術,並將其應用於各個領域,我們可以最大限度地延長木材的使用壽命,減少資源浪費,同時確保木材産品的安全性和可靠性。本書的齣版,旨在為木材保護領域的研究和實踐提供有力的支持,推動行業的技術進步和可持續發展。