木蜡油改性木材的研究进展_郑扬.pdf

家具2023年第44卷第2期Furniture2023Vol.44No.2Furniture基金项目：南京林业大学大学生创新训练项目（2021NFUSPITP0425）。作者简介：郑扬（2001），女，本科生，研究方向为木材干燥及木材改性。Email：。通信作者：杨琳（1978），女，教授，研究方向为木材干燥及木材改性。Email：。引文格式：郑扬，杨琳.木蜡油改性木材的研究进展J.家具，2023，44（2）：7-10，27.木蜡油改性木材的研究进展郑 扬，杨 琳*（南京林业大学家居与工业设计学院，南京 210037）摘要：木材是一种可再生材料，被广泛使用在家装建材等领域。木材随外部环境因素的改变，易吸湿滋生真菌，导致稳定性和强度下降。木蜡油由天然蜡和天然油组成，具有无毒无害、绿色天然的特点。总结了木蜡油和植物油的特性与区别，以及木蜡油常用改性木材的方法表面涂饰和浸渍；阐明了常压普通浸渍和真空浸渍的应用与区别。真空浸渍利用负压加快浸渍速度，在制造透明木材、高性能木材、超疏水木材等方面具有诸多应用。木蜡油改性木材能够降低其吸湿性，增加木材表面的疏水性、木材尺寸稳定性和耐候性。对木蜡油改性研究进行了展望，为进一步研究高性能木蜡油木材改性方式提供了思路和建议。关键词：木蜡油；真空浸渍；疏水性；尺寸稳定性；吸湿性中图分类号：TS664文献标志码：A文章编号：1000-4629（2023）02-0007-04DOI：10.16610/ki.jiaju.2023.02.002Research Progress of Wood Modified by Wood Wax OilZHENG Yang，YANG Lin*（College of Furnishings and Industrial Design，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China）Abstract：Wood is widely used in home decoration building materials and other fields as a kind of renewable material.With the change of external environmental factors，wood is easy to absorb moisture andbreed fungi，resulting in the decline of stability and strength.Consisting of natural wax and natural oil，thewax oil has the natural characteristics of nontoxic，harmless，and green.Based on the introduction of thecharacteristics and differences between wood wax oil and vegetable oil，the common methods of wood modification by wax oil were summarized as surface coating and impregnation.The application and differenceof normal pressure impregnation and vacuum impregnation were expounded.Vacuum impregnation usingnegative pressure to accelerate impregnation speed has many applications in the manufacture of transparent wood，highperformance wood，and super hydrophobic wood，while wood modified by wax oil can reduce its hygroscopicity，increase its hydrophobicity，dimensional stability and weather resistance.The research progress of the modification of wax oil is prospected with an aim to provide ideas and suggestionsfor further research on wood high performance modification methods using wax oil.Key words：wood wax oil；vacuum impregnation；hydrophobic；dimensional stability；hygroscopic木材以其独特的性能和观感以及高强度的重量比，日渐成为当今时代广泛使用的天然建筑材料和家居木制品用材。但木材因其天然生物材料属性，在使用过程中受到光、水、氧、温度变化和真菌定植等因素的影响，会产生变色、风化、尺寸变化和表面腐蚀等现象。木材外观和性能的改变以及木材和木制品使用寿命的缩短会带来一定的经济损失。因此，木材通常需要进行干燥处理1-3，使其含水率达到规定要求以满足家具或木制品的材性要求4。但是，对于某些特定场合使用的木材还需要综述007Furniture家具2023年第44卷第2期Furniture2023Vol.44No.2综述进行特殊处理，即木材改性。改性后木材的尺寸稳定性、物理力学性能以及涂饰性能等均得到不同程度的提高。目前，常规的木材改性方法有木材压缩、木材塑合、木材乙酰化、木材热处理等5。此外，还有表面密实化处理、表面涂饰及浸渍改性等方法。其中，浸渍改性效果更优，得到广泛应用。但由于常温常压下浸渍效果缓慢，所以多采用真空浸渍的方法进行浸渍处理6。有研究表明，通过冷冻方法处理可以改善木材的渗透性7，进而提高其浸渍改性效果。木蜡油不含苯酚、甲醛等对人体有害的化学成分，是从纯天然植物中提取出来的产品，是一种天然环保的表面擦拭剂和改性剂，能够改善木材的尺寸稳定性、力学、颜色等性能。从木蜡油和植物油的特性出发，总结归纳木蜡油改性木材的方法、对改性木材的影响，并对木蜡油改性木材发展进行展望。1木蜡油和植物油的特性1.1植物油的特性植物油普遍分布在自然界中，是从植物的果实、种子、胚芽中提取出来的油脂，是由不饱和脂肪酸和甘油化合而成的化合物。木蜡油是由植物油和动植物蜡混合而成，木蜡油常用亚麻油、桐油、葵花籽油等制备8。亚麻油和桐油的化学成分构成如表1所示。表1 亚麻油和桐油的化学成分构成Table 1 Chemical composition of linseed oil and tung oil植物油亚麻油桐油脂肪酸棕榈酸硬脂酸油酸亚油酸-亚麻酸棕榈酸硬脂酸油酸亚油酸-桐酸质量分数/%5 73 614 2414 1948 60321115691.2木蜡油的特性木蜡油由植物油和动植物蜡组成，相较植物油而言，更多了一部分动植物蜡，被木蜡油处理过的木材，不仅具有植物油改性木材后具有的特性，还具有动植物蜡改性后增加木材表面硬度、提高尺寸稳定性等特性9。木蜡油中的油，主要选用亚麻籽油、葵花子油、苏子油、蓖麻油、豆油等，而蜡成分主要选用巴西棕榈蜡、小烛树蜡、蜂蜡、石蜡等。油和蜡是已知的最久远的防水材料，具有很强的疏水性10。除了普通木蜡油，木蜡油中还可添加功能助剂、表面活性剂、改性二氧化硅等添加剂，用以提高木蜡油的干燥效率、改性木材性能和制造室外用耐紫外线木蜡油、地板用硬质抗磨木蜡油等。蜡悬浮于木蜡油上方，所处的温度会对蜡的分散和木蜡油的状态有影响。有试验表明，当温度在14 24 时，蜡的疏散状态最好，且木蜡油较为稳定11。由于木蜡油特殊的状态，使用蜡油时，需要以300 500 r/min的速率不断搅拌蜡油，防止层状化，影响其黏度，从而影响最终的施工质量。2木蜡油改性木材的方法2.1表面涂饰木蜡油的表面涂饰是将木蜡油作为涂料涂在木材表面，表面涂饰是常见的木材处理方法，不仅对木材有装饰作用，而且对木材也有保护作用12。木蜡油呈乳脂状，对木材具有很好的渗透和成膜性。木蜡油中的植物油，可以很好地渗透进木材管孔内部，提高木材的耐热性、防水性和耐候性13。而木蜡油中的蜡成分原本具有疏水性，通过渗透到木管孔内部，可以提高木材的疏水性。木蜡油渗透到木材中，不仅可以得到疏水保护的效果，而且对木材自身透气性影响也较小14。除了可以直接使用木蜡油，还可以添加其他试剂和材料来制备更优良的涂饰材料。例如，通过在木蜡油中添加米糠、蚕丝粉等物质，可以削减胶合木板材中甲醛等有害气体的释放，起到保护环境和净化空气的作用。2.2浸渍2.2.1普通浸渍普通浸渍是一种改性木材的手段。将木材浸泡在所需的试剂中，调节时间和温度，将试剂溶液渗透到木材内部的孔隙中，或者在木材表面成膜，就可以获得改性木材，改善木材的疏水性和尺寸稳定性。普通浸渍通常应用在一些工业化程度较低的国家和地区，将木材直接浸渍在防腐溶液中一段时间，不经过真空或者压力处理。试剂的渗透程度会随着时间的增加而变大，而且高浓度试剂溶液的008家具2023年第44卷第2期Furniture2023Vol.44No.2Furniture综述渗透率也高得多15。此外，核对酸碱的溶液会使木材的溶胀率更大。a.木材的管孔结构b.常规涂料涂饰c.木蜡油涂饰图1 普通涂料和木蜡油涂饰木材的作用原理Fig.1 The difference between ordinary paint and wood wax oil2.2.2真空浸渍真空浸渍，是指利用真空负压条件，将材料浸入固体中，达到改性固体的目的，使其具有特殊的功能。真空浸渍技术现如今大多应用在食品领域。浸渍是一个过程，能够形成产品的结构、感官和功能特性，并增加其物理化学稳定性16。真空浸渍能确保化学物质在整个木体平均分布，并确保最佳条件，从而可以促使药液渗透至细胞壁。常温常压下，浸渍的过程往往很慢，而真空浸渍通过压力，将浸渍剂浸入木材中，大大提高了效率，也在一定程度上优化了木材性能。不同的浸渍材料可以使木材达到不同的效果。六偏磷酸钠和银/二氧化钛（Ag/TiO2）纳米颗粒混合去离子水和乙醇制成的溶液，Ag纳米颗粒通过抑制电子-空穴对的复合，可以显著提高TiO2的光催化活性，从而在自然光、弱光和暗条件下提高TiO2的防霉效果17；还可以通过浸渍甲基丙烯酸甲酯制造透明木材、树脂浸渍高性能木材和超疏水木材18。浸渍的时间对木材的强度有影响，经过短真空处理的木材抗冲击性能提高，表面致密，木材的耐磨性也得到了提高。3木蜡油改性对木材的影响及优势经木蜡油改性的木材，其疏水性、吸水性、尺寸稳定性和力学性能等都发生了不同程度的改善。3.1疏水性木材是一种吸湿的材料，水分和木材相互作用会导致木材干缩湿胀及尺寸不稳定。石蜡是木材工业中最常见的防水剂。研究显示，木蜡油可大大增加木材表面的疏水性。有试验结果表明，与纯蜡基超疏水涂层相比，含有植物油能提高生物基超疏水涂层的温度稳定性19。木蜡油中的亚麻籽油成分，进入木材内部孔洞后，可以在孔隙表面形成稳定的亚麻籽油膜，减小木材吸水率，增加木材的生物耐受性20。与亚麻籽油相比，经环氧化处理的亚麻籽油的疏水性有显著提高21。巴西棕榈蜡是最坚硬的天然蜡，具有良好的疏水性，能很好地降低木材的湿润性。亚麻籽油和巴西棕榈蜡都可以很容易地分散在表面活性剂中22，经环氧化处理和巴西棕榈蜡的结合增强了处理木材的拒水性，从而阻碍了木材对使用环境中水分的吸收，所以由环氧化的亚麻籽油和巴西棕榈蜡制成的木蜡油成为改性木材的良好选择。3.2尺寸稳定性木蜡油中的蜡成分，积在木材毛细管中，可以通过毛细管作用减少水的渗透来限制尺寸的膨胀23。蜡被用作防水剂，降低木材的吸湿性和吸水性，提高木材使用过程中的尺寸稳定性。蜡颗粒包裹着具有吸湿性的游离羟基，很大程度上减轻了变形。研究表明，与热改性相比，蜡对木材的膨胀性能有很大的影响，提高了木材的尺寸稳定性24。木材在蜡和20%二甲基硅油120 处理6 h后，体积膨胀系数降至0.6625。由于木蜡油不会在木材外表形成漆膜，可以保持木材原有的透气性，减少木材的膨胀和收缩，提高其尺寸稳定性。3.3吸湿性木材拥有特殊的管孔状和毛细结构，细胞壁中化学成分含有大量的羟基。由于浸润原理，木材拥有较高的吸湿性。有大量的研究表明，植物油可以降低木材的吸湿性。经环氧化的亚麻籽油可在木材表面形成完整的薄膜。当经环氧化的亚麻籽油加入巴西棕榈蜡时，薄膜的表面能显著降低。木材表面不再容易受湿气附着，减少了经环氧化亚麻籽油聚合物膜微裂纹的可能性。因此，水分子不能通过毛细作用自发渗透至木材，从而限制了木材的吸湿性。009Furniture家具2023年第44卷第2期Furniture2023Vol.44No.2综述3.4木蜡油改性木材的优势木蜡油改性木材有良好的疏水性。通过观察水和木材的接触角，经纯桐油改性的木材，平均接触角为88.3，而经桐油和蜂蜡制成的木蜡油改性的木材平均接触角能达到120。木蜡油由桐油、亚麻籽油等植物油和动植物蜡组成，原材料皆为天然材料，不含甲醛等有害物质。木蜡油改性的木材更绿色、天然、环保，具有美丽的纹理和优良的材质特征。经过改性后的天然木材更容易进行实木制品在类型、风格、功能和结构等方面的设计和开发26。经木蜡油涂饰的木材耐候性好，由于木蜡油可以渗透入木材中，起皮脱落的可能性低，因此经木蜡油涂饰后户外木材可维持5年以上31。由经环氧化处理的亚麻籽油和巴西棕榈蜡制成的木蜡油处理的改性木材，具有良好的拒水性和尺寸稳定性，延长了木制品的使用寿命。4结语木蜡油是一种优秀的木材改性剂，兼备了植物油和动植物蜡的改性特点，木蜡油改性能很大程度的改善木材的材性特征，但木蜡油自身也尚有缺点，因此木蜡油改性木材的技术和工艺还需改进和完善。综合对木蜡油的概括和总结，提出以下木蜡油改性建议：（1）探究木蜡油新的改性方式。有研究表明，热处理能大大降低木材的吸湿性，探究木蜡油和热处理联合改性，发挥各自的优势，取得更好的改性效果。（2）寻找环保绿色速干添加剂。木蜡油达到实干需要8 15 h。但市面上一些木蜡油中添加了化学速干成分，使木蜡油失去了本身绿色环保的特点。因此，可以继续对绿色速干添加剂的研究，研发出绿色环保的速干木蜡油。（3）研究具有防火性等多功能的木蜡油。木材具有可燃易燃的缺点，可以研究在木蜡油中添加金属系阻燃剂，以达到阻燃的效果，增加木材的额外功能。参考文献：1殷勤，刘洪海.尾巨桉吸水及干燥过程基本物理特性变化研究J.林业机械与木工设备，2021，49（11）：47-50，55.2黄娜，刘洪海.阔叶桉小试件木材干燥过程水分及干缩变化规律J.林业机械与木工设备，2021，49（10）：71-75.3刘云霞，刘洪海.试件选用数量对桉木含水率、密度以及干缩率测量的影响J.林业机械与木工设备，2021，49（12）：52-55.4吴智慧，张海桥.家居木制品用水性紫外光固化涂料及其应用研究进展J.林业工程学报，2023，8（1）：1-12.5杨航.热处理及注蜡对紫光檀颜色和吸水性能的影响J.林业机械与木工设备，2020，48（12）:48-50，53.6王娱，王天龙.真空浸渍工艺对速生杨木改性材力学性能的影响J.东北林业大学学报，2019，47（6）：53-56.7靳宏辉，刘洪海.木材冷冻干燥的应用现状与展望J.家具，2021，42（5）：6-10.8战剑锋，左驰，张啸，等.以亚麻油、桐油为主剂的木蜡油合成与涂饰性能分析J.林业科技，2021，46（5）:35-40.9CHEN J Y，WANG Y J，CAO J Z，et al.Improved water repellency and dimensional stability of wood via impregnation with an epoxidized linseed oil and carnauba wax complex emulsionJ.Forests，2020，11（3）：271.10易熙琼，陈浩淼，何凤梅.木蜡油的性能特点及涂装工艺J.木材工业，2013，27（5）：46-48.11 TEACA C A，Rou D，MUSTA F，et al.Naturalbiobased products for wood coating and protectionagainst degradation:A 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311300）摘要：为了研究不同弹簧床垫铺垫料对人体侧卧脊柱形态的影响，以普通海绵、记忆海绵、乳胶海绵3款不同铺垫料的五区弹簧床垫为研究对象，采用脊柱形态下陷量测试法和脊柱形态定位法测量人体侧卧姿势的床垫下陷量以及比较侧卧姿势的人体脊柱形态曲线斜率、肩胛角和骶骨角。研究结果表明：床垫铺垫材料的不同，人体侧卧时肩、臀和腰部的下陷量也不同，人体脊柱形态也会因肩、臀和腰部的下限量变化而变化。其中以记忆海绵为铺垫料的床垫上的人体脊柱形态曲线的斜率小，人体侧卧在3款不同铺垫材料床垫时的肩胛角都比站姿时要大，而骶骨角都小于站姿时的骶骨角，从而对弹簧床垫的设计提供理论依据。关键词：五区弹簧床垫；下陷量；脊柱形态；侧卧中图分类号：TS664文献标志码：A文章编号：1000-4629（2023）02-0011-05DOI：10.16610/ki.jiaju.2023.02.003The Effect of Spring Mattress Bedding Materials on the Shape of theHuman Lateral SpinePAN Zuxian，WENG Mengyun，ZHU Yuding*（College of Chemistry and Materials Engineering，Zhejiang A&F University，Hangzhou 311300，China）Abstract：In order to study the influence of different spring mattress bedding materials on the morphologyof the human body when lying on the side，the three fivezone spring mattresses of ordinary sponges，memory foams and latex sponges with different bedding materials were selected as research objects.The spinalmorphological sagging test method and the spinal morphological positioning method were used to measurethe mattress subsidence of the human body in the lateral lying posture，the slope of the human spine morphological curve，the of the shoulder blade angle and the sacral angle compared with the lateral lyingposture.The research indicates that the amount of sagging of the shoulders，hips and waist are differentwhen lying on the side with a variety of the mattress cushion material，and the shape of the human spinewill also change due to the change of the lower limit of the shoulder，hip and waist.Among them,the slopeof the human spine morphological curve on the mattress with memory foam as the bedding material issmall.The shoulder blade angle when the human body lies on the side of the mattress with three different bedding materials is larger than that of the standing posture，while the sacral angle is smaller thanthe sacral angle when standing，which will provide a theoretical basis for the design of the spring mattress.Key words：fivezone spring mattress；decamped quantity；spine shape；lie on the side睡眠的好坏对人们的日常工作实践和社会交往有着重要的影响，床垫作为人们进行睡眠活动的重要承担载体，床垫的材料与结构对保持人体脊柱理想状态起着重要的作用。在国外的研究中，2016年Low等1通过让20名被试者以3种不同姿势躺在不同材料的床垫上 6010家具2023年第44卷第2期Furniture2023Vol.44No.2Furniture应用技术17LI R R，XU W，WANG X D，et al.Modeling and predicting of the color changes of wood surface during CO2lasermodificationJ.Cleaner Production，2018，183：818-823.18 李晋哲.木材激光加工质量的微观分析与实验研究D.哈尔滨：东北林业大学，2016.19 CHOUDHURY I A，SHIRLEY S.Laser cutting of polymeric materials：An experimental investigationJ.Opticsand Laser Technology，2010，42（3）：503-508.20LI R R，Fang L，XU W，et al.Effect of laser irradiation onthe surface wettability of poplar woodJ.Science of Advanced Materials，2019，11（5）：655-660.21曹凤国.激光加工M.北京：化学工业出版社，2015.22王振.木材表面激光直接标刻二维条码技术研究D.济南：山东大学，2016.23LI R R，HE C J，CHEN Y J，et al.Effects of laser parameters on the width of color change area of poplar wood surface during a single irradiationJ.European Journal ofWood and Wood Products，2021，79：1109-1116.24 MARTINEZ C A，KRENKE T，FRYBORT S，et 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