松木板材

热处理对三种松木木材疏水性能的影响

摘要：将欧洲赤松（Pinussylvestris）、北美短叶松（ana）和马尾松（P.

massomana）木材在水蒸气保护下进行180℃热处理，测量接触角和粗糙度，并

采用傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）分析，考察热处理对3种松木木材疏水性

能的影响。结果表明，热处理后木材的接触角增大，粗糙度变小但与接触角无显

著相关性，羟基官能团吸光度下降，羰基官能团吸光度的变化因树种和处理时间

而异，热处理增强了3种松木木材的疏水性能。

关键词：热处理；疏水性；欧洲赤松（Pinussylvestris）；北美短叶松（P.

banksiana）；马尾松（ana）

松属木材约有80余种，在世界范围内分布极广，为重要的林木。其中欧洲

赤松（Pinussylvestris）是欧洲市场上最受欢迎的木材，被广泛用于各种户外民

用和工业用途，亦是我国防腐木材的主要树种；北美短叶松（ana）是美

洲松中分布最广的树种；马尾松（ana）是中国南部分布最广、数量最

多的松属树种。目前关于这3种松木的热处理研究喷头维修 十分活跃，其中欧洲赤松热处

理后木材表面粗糙度下降，表面质量提高[1，2]，表面润湿性能发生改变[3]，心

边材的疏水性能差异较大[4]；北美短叶松不同加工类型（打磨、刨和锯爱你英语怎么说 切）的

木材热处理后疏水性能增强，用180号砂纸打磨的木材表面最为疏水[5]；马尾

松随着热处理温度的升高和处理时间的延长，木材红外吸收光谱中羟基吸收峰的

强度明显降低，羰基吸收峰的强度略呈降低趋势，亲水官能团的减少使其疏水性

能增强[6]。

本研究选取3种典型的松木代表树种，研究热处理对木材疏水性能，如接触

角、粗糙度指标的影响，通过傅立叶变换红外光谱仪（Fouriertransforminfrared

spectroscopy，FTIR）分析官能团的变化，并对各变量之间的相关性进行分析，

为木材的加工应用和性能改善提供参考。

1材料与方法

1.1制样与调制

1.1.1备样欧洲赤松试材购买于天津新港，产自俄罗斯中东部地区，据板材

年轮判断树龄大于40年。北美短叶松试材购买于天津新港，产自加拿大北部地

区，据板材年轮判断树龄大于50年。马尾松试材采自广西壮族自治区百色市田

林县，树龄30年，胸径45cm。样品均经广西壮族自治区木材及木制品质量监

督检验站鉴定无误。锯材干燥后精加工为试验所用的试件。接触角和表面粗糙度

测量所用试件长宽厚尺寸为120mm30mm3mm，在重型砂光机上等厚双面砂

磨。FTIR分析所用试件长宽厚尺寸为100mm5mm3mm。精加工试件厚度误

差在

0.1mm。

1.1.2热处理将精加工试件放入热处理箱中，水蒸气保护，处理温度为

180℃，处理时间为3个梯度：1、2和4h，以未处理木材作为对照。

1.1.3试件调制热处理后试件与未处理木材一起放入恒温恒湿环境中进行

调制，温度设定为20℃，湿度设定为65%，14d后进行各个指标的测定。

1.2指标测定方法

1.2.1接触角接触角测量仪（德国KRUSS，DSA100）测量接触角，介质为

蒸馏水，液滴脱离针尖并接触表面开始计时，测量19s时间范围内接触角变化

情况，测量间隔时间为0.08s，液滴定量进给为3L。每巨蟹座和水瓶座 处理水平共6个试件，

每个试件平行测量3次，结果取平均值。

1.2.2表面粗糙度表面粗糙度测定仪（日本HANDYSURF，E-35B）考察表

面粗糙程度，与接触角使用同批试件，待液滴自然风干后测量，每个试件测量5

次，沿木材纹理方向测量，测量长度12.50mm，评定长度2.5mm。

1.2.3FTIR分析FTIR（美国ThermoFisherScientific，Nicolet6700）分析表

面官能团，在试件表面刮取木粉仔细研磨并干燥，木粉与溴化钾按1∶150的质

量比混合后压片测试，扫描波数范围为4000～400cm-1，扫描次数为32次，光

谱分辨率为4cm-1。

2结果与分析

2.1接触角测量结果与分析

3种松木木材热处理后的接触角曲线见图1～图3。从图中可以看出，未处

理木材的接触角随测量时间的延长而下降，曲线斜率明显，19s时欧洲赤松和北

美短叶松未处理木材的接触角均小于92，降幅大于30，而马尾松未处理木材

的接触角更是低至30以下，降幅超过60，可见马尾松未处理木材的润湿性能

最好。3种松木处理材的接触角在1s内有较大幅度的下降，之后趋于平缓，随

着时间的推移变化不明显，几乎与x轴平行，测量时间内3种松木处理材的接触

角均大于115，且降幅小于10。欧洲赤松热处理4h的试件接触角在测量时间

内均高于其他处理，其次是热处理2h的试件，热处理1h试件的接触角略小于

热处理2h的试件。北美短叶松热处理4h的试件接触角在测量时间内最大，而

热处理1h的试件接触角在处理材中最低。马尾松热处理2h的试件在测定时间

内接触角与热处理4h的试件相差不大，均高于热处理1h的试件。总体而言热

处理后3种木材的接触角增大，且在测量时间内的下降幅度减小。

2.2粗糙度测量结果与分析

热处理后试件及未处理木材的表面粗糙度测量结果见图4。由图4可知，与

未处理木材相比，热处理后试件的表面粗糙度降低，其中欧洲赤松和北美短叶松

均以热处理2h试件的表面粗糙度最低，马尾松热处理4h试件的表面粗糙度最

低，粗糙度并非全随着热处理时间的延长而降低。热处理过程中木材表面纤维的

软化和分解可以使粗糙度降低，表面趋于平整，但也可能导致裂缝、炭化层等缺

陷产生，又增加不平整程度，因此欧洲赤松和北美短叶松热处理4h后粗糙度反

而比热处理2h时增加。2.3FTIR结果与分析

3种松木木材的红外光谱扫描结果见图5～图7，重点考察热处理后试件亲

水官能团羟基（-OH）和羰基（C=O）的吸光度变化情况。总体来说，羟基吸光

度下降幅度明显，羰基吸光度的变化因树种而异。

欧洲赤松的羟基吸收峰在3461.64cm-1处，未处理木材的吸光度为1.71，

热处理后吸光度明显下降，且热处理时间越长吸光度越心情不好的时候 低。欧洲赤松的羰基吸收

峰在1636.36cm-1附近，热处理木材的吸光度均大于未处理木材的，且热处理1

h的试件羰基吸收峰最高。北美短叶松木材在3462鲁迅写的文章 .31cm-1出现羟基吸收峰，吸

光度为1.84，热处理1h和2h的试件吸光度均为1.71，而热处理4h后试件的

吸光度仅为1.32。北美短叶松的羰基吸收峰位于1637.60cm-1附近，热处理1h

和2h的试件吸光度低于未处理木材，而热处理4h的试件吸光木兰船 度高于未处理木

材的。马尾松的羟基吸收峰和羰基吸收峰分别处于3463.06和1638.58cm-1处，

热处理后试件的吸光度均小于未处理木材，且下降幅度随热处理时间的延长而增

大。

在热处理过程中，木材的纤维素、半纤维素和木质素组分均发生了变化：纤

维素分子链之间的游离纤维发生“架桥”反应后生成醚键，从而使强亲水性官能团

羟基数量减少[6]；半纤维素发生水解生成醋酸而使得弱亲水性官能团羰基的数

量减少；木质素部分在热处理过程中发生酯化反应，使亲水性较弱的羰基取代了

亲水性较强的羟基。因此热处理后木材中羟基的数量减少[7]，而羰基的数量有

可能减少，也有可能增加，这也是欧洲赤松和北美短叶松羰基吸光度变化趋势与

马尾松不同的原因。

2.4测量结果参数相关分析

采用SPSS软件对3种松木木材热处理时间、接触角和表面粗糙度进行偏相

关分析，其中零阶偏相关即为常规的相关性分析，一阶偏相关为把其中一个变量

作为控制变量，考察两个变量的净相关系数，以排除其他变量的干扰，之后再对

接触角与羟基和羰基化学官能团吸光度这2个变量进行双变量相关分析，结果见

表1。由表1可知，欧洲赤松和马尾松木材的热处理时间对接触角的影响达极显

著水平（P邓稼先教案 0.05），即热处理时间的延长并不能使木材表面变得更加光滑，这与

Bakar等[8]的研究结果一致。分析还发现木材的粗糙度与接触角无显著相关性，

即粗糙度在一定范围内的增减对接触角的大小没有显著影响。

3小结与讨论

3种松木未处理材亲水性较好，与蒸馏水接触过程中接触角一直呈下降趋

势；热处理后接触角在初始测量时间内有所下降，之后趋于平稳，测量结束时接

触角均在110以上，疏水性能明显提高。

木材疏水性能增强的重要因素是亲水官能团数量的减少，由3种松木木材的

FTIR分析结果可以看出，热处理后强亲水性官能团羟基的吸光度明显下降，而

弱亲水性官能团羰基的吸光度因树种和处理时间不同而略有不同。

热处理过程中3种松木表面纤维的软化和分解可以使粗糙度降低，表面趋于

平整，但可能引起裂缝和炭化层等缺陷的发生，使粗糙度反而升高。偏相关分析

表明，热处理时间与粗糙度无明显相关关系，粗糙度与接触角亦无相关性，但热

处理时间对接触角的影响达极显著水平。因此3种松木热处理后疏水性能增强，

主要是表面亲水官能团数量下降引起，而与表面粗糙度的关系不大。

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