木材的改性旨在改变木材的吸收行为,提高板材的尺寸稳定性,生态板不稳定因素中关键问题就是多糖羟基的载体会吸收水分,从而导致尺寸变化。生态板目前的木材改性的主要方法是化学改性和热改性,两种方法都是改变木材细胞成分。
化学改性的原理是取代多糖羟基,采用乙酰基取代木材的多糖羟基进行乙酰化处理,优点是效率高,缺点是化学改性过程会导致生态板的重量增加,板材会出现肿胀状态。化学反应通过多化学试剂,形成共价键,细胞壁组分的化学构型发生变化改变生态板属性。化学改性改善尺寸稳定性,增加真菌和霉菌的抗性。另一方面还减少拉伸强度和弹性,同时提高尺寸稳定性。
木材改性是改进属性,通过该化学试剂形成共价键的官能团与羟基,化学试剂要融入木材,需要在温度高达120°C的条件下进行,在这个过程可以使用的催化剂,化学改性的机理是取代木质纤维素的羟基,反应伴随着增加重量吗,为了提高羟基取代度,化学反应需要遵循单点反应,即反应试剂与羟基的摩尔比为 1:1。用于化学改性的试剂可以采用如酸酐,环氧化物, 异氰酸酯,酰氯,羧酸,内酯,烷基氯。在生态板所有类型的化学改性中,乙酰化处理是当前行业研究得最多领域。生态板在乙酰化之前,要热压处理,让试剂可以完全穿透木材。用PF-树脂粘合的乙酰化刨花板水分含量会大大降低,改善尺寸稳定性和抗腐蚀性。使用丙酸的化学改性方法可以改善刨花板的尺寸稳定性。
化学改性也有一些缺点,板材会随着乙酰化程度的增加而增加碎裂的风险,乙酰化木材的水分含量降低,可压缩性较低,因此需要较高的压力。目前还没有商业应用完全实现生态板的乙酰化。改性生态板多年来开发的程方法是使用非催化液体相乙酰化过程,以实现大的改性,但是由于成本很高,目前业内很少采用这种方式。
在相比之下,热改性效果会更好,生态板的热改性原理是通过热降解除去羟基,使木材处于萎缩状态,鉴于化学改性过程缺乏工艺成本效益。近年来越来越多的厂家采用热改性方式,热改性目标与化学改性相同,即改变木材的吸湿性,但不是用化学试剂代替羟基,热改性会降低重量,板材会保持在萎缩阶段。热改性温度范围为180-250摄氏度,然后进行羟基的降解,在热降解期间,完成整改改性过程。
改善生态板的尺寸稳定性需要降低的水分吸收,以及粘弹性的变化属性。首先改变不稳定的多糖,纤维素结构不稳定,含有大部分羟基组。对水的吸附最大,对于纤维素,热改性仅影响晶体结构内的非晶区域,热降解继续进行三步,从脱乙酰开始,释放的乙酸充当催化剂然后加速解聚多糖,除了解聚之外,热量也会导致单糖脱水。由于温度和压力会加速水解速度,大多数热改性是在压力下进行的,温度范围 从160℃到200℃。一般来说,提高温度时间对于提高尺寸稳定性非常有效。
与实木相比,生态板在热压期间,颗粒被压缩受到应力,如果板材处于高湿度下或者与水接触,这些应力被释放,会导致厚度增加。不仅对外观产生负面影响,板材的机械性能也会下降。如果压力积聚超过了颗粒之间粘合剂的强度, 内部粘合强度降低,因此就减小的厚度膨胀而言,生态板的改善主要是改变板材的吸湿性。但是还可以通过改变原料来改善压缩性和粘弹性, 例如蒸汽处理是一种有效的方法,改善尺寸稳定性,不会破坏机械性能,冷却后可以防止厚度膨胀。
无论采用何种方法,生态板的改性都是一种提高尺寸稳定性和耐久性的有效方法,改性生态板广泛应用在甲板,覆层,镶木地板,家具等领域。与实木相比,改性生态板由于尺寸稳定性很好,可以适合需要防潮性的应用,例如地板和户外家具。除了防潮性和尺寸稳定性,还需要满足一定的标准,机械强度,内部粘合,特别是弯曲强度,这些标准也需要达标,目前生态板行业还在不断研究改性方法,从改善的尺寸稳定性,保持机械性能,解决经济可行性,相信会找到更好的方法进行技术整合。