1. 研究目的与意义
第八次全国森林资源清查结果显示，我国人工林面积6900万公顷，居世界首位，活立木蓄积量24.83亿立方米。由于天然林资源面临枯竭，速生材等低质普通材的利用日益受到重视。人工林木材具有可再生性和生态环境友好性双重性质，是目前世界各国重要的木材来源，但人工林木材一般密度较低、材质变异大、耐腐性低、尺寸稳定性差，目前还处于低附加值利用阶段。如何改良人工林木材的性质，提高其木材的利用价值，是世界林业和木材工业界共同关注的研究领域。随着我国全面停止采伐天然林政策的实施，人工林已成为满足我国木材需求的主要来源。但由于人工林生长速度快，幼龄材比例大、密度小，尺寸稳定性和力学性能显著劣于天然林木材等原因，使其应用范围受到极大限制。 马尾松木材是我国人工林木材所占比例最多的材种之一，仅次于杉木和杨木。由于马尾松木材易蓝边、腐朽，易遭虫蛀和白蚁侵害，生长应力大，易于翘曲变形，干燥过程易开裂，松脂含量多且易于渗出，影响后期涂饰效果等缺陷，使得大量木材资源未得到充分利用。马尾松木材是我国人工林木材所占比例最多的材种之一，仅次于杉木和杨木。有数据表明马尾松热水抽出物和苯乙醇抽出物均高于同属于脂道材的红松和鱼鳞云杉,松脂含量高,精油的化学稳定性差,在气温升高时极易外溢,造成污染木材表面,同时也间接地影响木材的干燥、制作、胶合、着色和油漆，因此要进行木材改性处理。木材热处理是近年来快速发展的一种木材改性技术。资料表明,木材经热处理改性后,尺寸稳定性增强、平衡含水率降低,且耐候性及抗生物降解能力增强。此技术的研究及应用,对扩大人工林木材的加工利用可起到积极的促进作用。 为了改善人工林马尾松木材的各种缺陷，采用纯物理的热水抽提方法对马尾松木材进行改性处理，不仅可以提高木材的耐久性能和尺寸稳定性，还可起到脱除树脂的作用，同时还能改善木材的渗透性，对木材后期干燥和表面涂饰都有改善效果。本方法不添加任何化学药剂，处理过程中只消耗热能和水，对木材和环境无污染，对人畜无毒害。本研究将为马尾松木材的水热抽提处理提供技术支撑，为马尾松资源的高效利用提供基础理论依据。
2. 国内外研究现状分析
目前，我国的木材热处理技术尚处于起步阶段，而国际上热处理研究已经有很长一段时间，并取得了丰硕的成果。在木材热处理技术最发达的欧洲，根据处理环境的压力水平，木材热处理技术分为常压、加压、负压和混合热处理四大类。①常压热处理技术：加热介质以常压蒸汽最为常用，常压蒸汽热处理工艺，设备投资相对较小，种类较多，单台设备就可以达到较高的产能。加热介质还可以选择氮气，菜籽油等，菜籽油作为介质时可以更均匀地加热木材，并且能更好地控制处理时的温度，但是存在使用周期结束后难以收集和处理的问题。②加压热处理技术：大多采用蒸汽加压热处理。蒸汽压力的大小，环境的湿度都将影响木材的物理化学性能，这种处理技术可以在较低温度下处理，耗能低，周期短，但密封的处理装置容量小，同产能情况下投资成本较高，安全性低。③负压热处理技术：在处理装置中抽出部分空气即可产生惰性环境，不需要额外的保护气，同时还能排出木材热处理过程中产生的有机气体，温和热处理条件，减少对处理装置的腐蚀，系统废气处理成本和能耗水平低，同种装置干燥，干燥周期短，但处理装置容量小，处理温度高。加热方式有对流、接触传导两种，接触传导相对效率更高，并且能抑制木材变形。④混合式热处理技术：通过交替使用不同的压力环境对木材进行处理，通过装置组合和工艺优化，可以以较小的设备实现较高的产能，但工艺复杂，且设备投资高。 国外开展了很多关于木材热处理后性能的研究，其中大概研究了热处理木材的物理力学性能，化学成分变化，防腐防虫性能等。①物理力学性能：Schwanninge 等对傅立叶变换红外线光谱方法应用于热处理材进行研究，结果表明此方法可用于质量控制，比如抗收缩性、耐久性及确定强度损失程度等，经过检测，还可以决定热处理材适宜的最终用途。②防腐性能：D. P. Kamdem 等研究了热处理材的室内耐腐性，表明高温处理使木材组成发生变化，寄生于木材的虫类及菌类不能获得充足的营养成分而死亡；使木素裂解、交联，形成更为稳定的结构，延长了木材的使用寿命。③化学成分变化：Weiland 等利用漫反射傅立叶红外光谱对热处理材的化学变化及真菌类危害性进行了研究，结果表明：在木材的酸性水解过程中，生成了新的醚键，戊聚糖降解后仍发现存在有真菌类的危害现象，同时观测到了解聚反应和缩合反应。 与欧洲发达的高温热处理技术不同，本世纪初我国市场上才出现这项技术，因此尚处在研究阶段，然而天然资源的短缺，环境问题的日益严重，使得环保的高温热处理改良人工林木材技术逐渐被国人所研究引进。不同于早些年进口高温热处理木材成品和小范围的厂家尝试，现在国内的木材高温处理技术已经有了三种类型：①简易的高温处理技术，即将木材装入简易的罐体，利用罐内壁的环形导热油管对木材辐射加热及自然对流加热，设备投资少，但木材处理程度严重不均匀，加热管传热效率也低。②压板接触加热高温热处理木皮，即在多层热压机和压板之间放置3~4 mm厚的薄木，靠高温的热压板对木皮接触加热，期间需采取措施防止木皮开裂，但加热后木皮温度过高接触空气后易引起火灾。③专业设计的木材高温热处理技术，即采用专业的设备和预定的工艺才处理木材。 目前国内也开展了很多采用水热处理方式处理木材后对木材各种性能的研究。研究的性能大概集中在物理性能，化学性能，防白蚁能等方面。①关于物理力学性能的研究：热处理对杨木进行压缩前预处理；比较不同水热处理条件对试材压缩成型后主要物理力学性能的影响等。②关于化学性能的研究：探讨水热处理工艺对后续漂白工艺效果的影响；记录热水预抽提过程中纤维原料中的半纤维素、木素、纤维素的结构变化，原料表面化学的变化，阐述相关变化对后续制浆的影响等。③关于防白蚁性能的研究：陈人望等对南方松、樟子松、水曲柳、柞木、斯文漆木五种木材的热处理材,进行室内防白蚁性能检测和评价，结果表明:五种热处理试材的防白蚁蛀蚀等级均在3～ 4级,热处理工艺未能改善试材的抗白蚁蛀蚀性。 这些实验大多可以印证马尾松水热处理改性的可行性，本研究将为马尾松水热抽提处理提供技术支撑，为马尾松资源高效利用提供理论依据。
3. 研究的基本内容与计划
研究内容：
1、120℃热水抽提处理2h、4h、6h、8h后马尾松木材的物理力学性能、化学成分（纤维素、半纤维素、木质素）、抽提物、结晶度、微纤丝角分析；
2、140℃热水抽提处理2h、4h、6h、8h后马尾松木材的的物理力学性能、化学成分（纤维素、半纤维素、木质素）、抽提物、结晶度、微纤丝角分析；
4. 研究创新点
1、采用高温热水纯物理的方法处理马尾松木材，不仅可以脱除树脂、减少引起木材 发生蓝边和腐朽的营养物质，还能提高木材的尺寸稳定性和渗透性，有利于马尾松木材的后期干燥和加工利用。该方法一剂多效，无毒环保，是本项研究的特色之处。
2、以化学成分变化分析为手段，从本质上揭示热水处理对木材各项性能影响的深刻 机理，通过对不同处理工艺条件下木材化学成分演变规律的分析，进而阐明木材宏 观性能产生变化的根本原因，是本项研究的创新之处。
