趙犀羽, 唐麒, 張雪侖, 張優(yōu), 邱翀鵬, 齊錦秋, 黃興彥

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，四川 成都 611130

我國(guó)作為全球第二大木材消耗國(guó)，2018年消耗的木材達(dá)到55 675萬(wàn)m3，其中用于家具和建筑用材的木材量高達(dá)22 686萬(wàn)m3。針葉材是家具用材和建筑用材的主要來(lái)源，需求量極大，平均每年的需求量為5 000萬(wàn)～6 000萬(wàn)m3。針葉材中松屬、落葉松屬、銀杉屬、云杉屬、黃杉屬和油杉屬木材都含有樹(shù)脂道[1]，當(dāng)樹(shù)脂道中的樹(shù)脂溢出木材表面時(shí)，會(huì)使得木材的刨光表面砂光效果差，油膩感強(qiáng)，從而影響木材著色和涂漆。逐漸滲出的樹(shù)脂也可能會(huì)造成涂料分解脫落及污染有色涂料，嚴(yán)重影響木制品的品質(zhì)[2]。因此，木材脫脂是有脂材木制品生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的環(huán)節(jié)。鑒于脫脂方法與有脂材樹(shù)種的差異會(huì)造成不同脫脂效果的情況，綜述了木材脫脂研究現(xiàn)狀，以期為木材的脫脂工藝研究提供參考。

1 木材脫脂工藝研究現(xiàn)狀

1.1 不同脫脂工藝的比較

木材脫脂分為物理脫脂法和化學(xué)脫脂法（見(jiàn)表1），其中物理法主要包括干燥脫脂法、溶劑萃取法、溶劑汽相法和微波爆破法。干燥脫脂法是通過(guò)加熱木材或提高木材內(nèi)外壓力差以提高樹(shù)脂的流動(dòng)性，脫脂方法簡(jiǎn)單有效，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)木材脫脂與木材干燥的目的。高溫蒸汽干燥法比常規(guī)干燥法的脫脂效果更好，二者主要使用常規(guī)的高溫加熱設(shè)備[3-6]，設(shè)備投入相對(duì)較低，適用于常規(guī)木材的脫脂。真空干燥法對(duì)滲透性好的木材脫脂效果較好，但該方法所需的設(shè)備的密閉性較高[7-9]，設(shè)備投入成本相對(duì)于常規(guī)的高溫加熱設(shè)備更大，適用于常規(guī)木材的快速脫脂。溶劑萃取法和溶劑汽相法是利用相似相溶的原理，將樹(shù)脂溶解于有機(jī)溶劑中，使其隨溶劑一起排出木材，脫脂效率可達(dá)木制家具制造要求，該方法對(duì)溶劑和操作人員的技術(shù)要求較高，并且有機(jī)溶劑對(duì)設(shè)備的耐腐蝕性要求較高[10-11]。微波爆破法是通過(guò)微波介電性加熱木材，改善木材內(nèi)部通道，在提高樹(shù)脂流動(dòng)性的同時(shí)，增加木材滲透性，該方法處理時(shí)間短，脫脂效率高，但該方法不太適用于厚度較大且滲透性較差的木材脫脂[12]。

化學(xué)脫脂法是將化學(xué)藥劑滲透到木材內(nèi)部與樹(shù)脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)脫脂目的，主要包括堿液脫脂法、酸液脫脂法和催化聚合法[13-16]。堿液脫脂法與酸液脫脂法的脫脂原理分別是脫脂液與樹(shù)脂發(fā)生皂化反應(yīng)和水解反應(yīng)，脫脂效率非常高，適用范圍較廣，但是脫脂液對(duì)設(shè)備耐腐蝕性的要求較高，脫脂完畢后產(chǎn)生的廢液處理也是一大難題，且有可能會(huì)造成木材性能的損失[13-16]。催化聚合法主要是聚合固定樹(shù)脂中的蒎烯，木材表層的脫脂效率高，但脫脂深度不夠，僅適用于淺層木材脫脂[10]。

表1 不同脫脂工藝的對(duì)比分析Tab.1 Comparative analysis on different wood deresination technologies

1.2 不同樹(shù)種的脫脂工藝研究現(xiàn)狀

從表2可知，目前木材脫脂研究的主要樹(shù)種為松科松屬的馬尾松和落葉松屬的興安落葉松，而柏木的脫脂研究相對(duì)較少。主要原因有二，其一，馬尾松與興安落葉松分布范圍廣，而柏木分布范圍較小，主要分布于長(zhǎng)江流域及以南溫暖地區(qū)[16]。其二，馬尾松和興安落葉松具有能夠分泌與儲(chǔ)存樹(shù)脂的正常樹(shù)脂道，而柏木不具有正常樹(shù)脂道，樹(shù)脂主要存儲(chǔ)于薄壁細(xì)胞中，并且柏木生長(zhǎng)緩慢，材質(zhì)細(xì)膩，細(xì)胞運(yùn)輸通道較小[16]。

常見(jiàn)的馬尾松與興安落葉松的木材脫脂方法有堿液脫脂法、酸液脫脂法、微波爆破法及高溫汽蒸干燥法等。馬尾松木材脫脂率范圍為55.04%～92.30%，其中堿液法脫脂率最高，微波爆破法脫脂率最低，但其單位時(shí)間內(nèi)脫脂率最大[11,13,10,18-21]。興安落葉松脫脂率范圍是12.28%～92.10%，其中堿液脫脂法與酸液脫脂法的脫脂率均達(dá)到90%以上。堿液脫脂法在樟子松木材脫脂中的脫脂率為86.50%，酸液脫脂法對(duì)濕地松木材的脫脂效果也十分明顯，達(dá)到了92.60%[21-26]。由于堿液脫脂法的脫脂率高，相對(duì)于酸液脫脂法對(duì)木材材料的影響較小，因此堿液脫脂法研究數(shù)量較多，占比27.8%，酸液脫脂法研究數(shù)量占比11.1%。另一研究較多的方法為高溫蒸汽干燥法，占比27.8%（見(jiàn)表2）。最主要的原因是該方法操作簡(jiǎn)單，常規(guī)的加熱設(shè)備在企業(yè)的普及率高，并且該方法可同時(shí)實(shí)現(xiàn)木材干燥與木材脫脂。此外，對(duì)于同一樹(shù)種，木材厚度不同，脫脂效率也不同，這與木材的滲透性、熱能、化學(xué)試劑和樹(shù)脂的運(yùn)輸有關(guān)[22-23]。

2 木材脫脂存在的問(wèn)題

2.1 木材脫脂工藝研究不足

目前，高溫蒸汽脫脂法和堿液脫脂法是應(yīng)用較為廣泛的兩種脫脂方法。高溫加熱設(shè)備在企業(yè)的普及率較高，主要用于木材干燥，而高溫蒸汽脫脂法可根據(jù)現(xiàn)有的木材干燥基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，以作為木材干燥和木材脫脂兩用的實(shí)施方案，可行性較高，易于操作，應(yīng)用成熟。堿液脫脂法是根據(jù)已知松木樹(shù)脂的成分配制的高效脫脂劑，因此該方法的應(yīng)用基礎(chǔ)是對(duì)樹(shù)脂成分的充分了解。雖然該方法的脫脂效率較高，應(yīng)用前景大，但堿液對(duì)設(shè)備具有一定的腐蝕性，環(huán)境影響較大，且該方法對(duì)操作人員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)要求高。

表2 不同樹(shù)種的脫脂工藝研究現(xiàn)狀Tab.2 Research status on wood deresination technologies of different tree species

微波爆破脫脂法是一種十分快速的脫脂方法，已有學(xué)者針對(duì)馬尾松在微波脫脂過(guò)程中泌脂細(xì)胞受力情況建立了理論預(yù)測(cè)模型[30]，并且系統(tǒng)研究了馬尾松初含水率和微波輻射時(shí)間及微波功率密度之間的關(guān)系[31]。微波在木材中的穿透性有限且微波是選擇性加熱極性水分子，因此對(duì)木材厚度與含水率要求較高。此外，微波設(shè)備投入相對(duì)于高溫加熱設(shè)備更高，企業(yè)普及率較低，因此，若想普及微波脫脂工藝，仍需進(jìn)一步研究微波高效脫脂的相關(guān)設(shè)備與工藝參數(shù)。

2.2 不同樹(shù)種脫脂工藝研究不平衡

目前，木材脫脂研究最主要的樹(shù)種是馬尾松與興安落葉松，而柏木脫脂研究稀少。柏木是一種材質(zhì)堅(jiān)韌細(xì)密、耐水性較好的木材，在家具、建筑領(lǐng)域具有較大的潛力。柏木雖無(wú)樹(shù)脂道，但柏木薄壁細(xì)胞豐富，分泌樹(shù)脂較多[32]。尤其是四川地區(qū)擁有大面積的低效柏木林，其更新替代研究已經(jīng)成為重要任務(wù)之一。在有限的柏木脫脂技術(shù)現(xiàn)狀下，柏木表面只能做透明漆，無(wú)法進(jìn)一步擴(kuò)大柏木的應(yīng)用領(lǐng)域，限制了川產(chǎn)柏木的行業(yè)發(fā)展。

2.3 木材脫脂工藝標(biāo)準(zhǔn)尚不完善

現(xiàn)有研究表明，不同脫脂工藝的脫脂效率差異較大，而不同有脂材的脫脂研究程度也呈現(xiàn)不均衡現(xiàn)象。此外，木材使用目的不同，板材厚度不同，所采用的木材脫脂方案也有差異。因此，從行業(yè)實(shí)際出發(fā)，有必要針對(duì)不同樹(shù)種的不同使用目的，選用不同的脫脂方法，制定不同的木材脫脂標(biāo)準(zhǔn)。

3 討論

木材脫脂是有脂材加工過(guò)程中重要的前處理工藝，是保證木制品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。研究較多的兩種方法是高溫汽蒸法與堿液脫脂法，前者設(shè)備普及率高，應(yīng)用成熟，后者脫脂效率高，應(yīng)用潛力大。脫脂速度最快的方法是微波爆破法，但是該方法的應(yīng)用范圍較小。根據(jù)現(xiàn)有木材脫脂研究現(xiàn)狀，提出建議如下：

（1）從工藝角度看：各類(lèi)脫脂方法都具有一定的局限性，因此，可考慮低成本與高效率脫脂方法的聯(lián)用，優(yōu)化木材脫脂工藝流程，從而降低木材脫脂成本，提高木材脫脂效率。

（2）從樹(shù)種來(lái)看：柏木木材結(jié)構(gòu)與松科植物差異甚大，且尚不清楚柏木木材內(nèi)部樹(shù)脂儲(chǔ)存分布及移動(dòng)方式，因此，有必要解析柏木木材結(jié)構(gòu)，構(gòu)建柏木樹(shù)脂在木材內(nèi)的分布流向圖譜；柏木無(wú)樹(shù)脂道且滲透性較差，可考慮先提高木材滲透性，而后再結(jié)合其他脫脂方法對(duì)木材進(jìn)行脫脂處理；堿液脫脂法與酸液脫脂法的高脫脂率，且脫脂液的配置需考慮樹(shù)脂成分，因此，應(yīng)加強(qiáng)柏木樹(shù)脂成分的分析。

（3）從滿足需要來(lái)看：鑒于木材使用目的不同，板材厚度差異，脫脂方法各有優(yōu)劣點(diǎn)，因此，有必要考慮使用目的、硬件基礎(chǔ)、方法融合等，實(shí)行木材脫脂的分類(lèi)、分級(jí)全面研究。同時(shí)針對(duì)不同樹(shù)種的不同使用目的，選用不同的脫脂方法，制定不同的木材脫脂標(biāo)準(zhǔn)。