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让木材拥抱自然:户外用木材产品技术及进展

与室内环境相比,户外木材产品面对的阳光照射、雨水侵袭、菌虫腐蚀的挑战更大,风化、腐朽和破损的风险更高,更需要系统的技术工艺来守卫其外观及性能。

一提到庭院深深、诗画田园的美好画卷,人们眼前总是浮现,在蓝天白云之下,在烟雨濛濛之中,木质的亭台楼榭、桌椅藤架、栈道围栏,与自然融合,与岁月相伴。

南京林业大学材料科学与工程学院的张璐、杨小军撰文指出,户外木材产品常用的材料主要有防腐木、炭化木、木塑复合材料,以及以蜡浸注木为代表的户外用新型木材。

以上产品特点各有差异,防腐木因其防腐性及较长的使用寿命而被广泛使用,但在户外长久使用后防腐剂会逐渐流失,且常用的 CCA 防腐剂毒性较大; 经炭化处理的木材稳定性好,耐腐朽,颜色深,但是价格昂贵;木塑复合材料保留了木材和塑料的优点,并能有效地利用废弃物,减轻环境的压力; 蜡浸注木保留了木材的天然纹理,手感温润,与未处理的木材相比,其硬度、弹性模量和抗紫外线能力都有提升,但也有部分力学性能下降。

防腐木是将普通木材经过人工添加化学防腐剂处理之后,使其具有防腐蚀、防潮、防真菌、防虫蚁、防霉变以及防水等性能的木材。木材防腐处理有两种方式,一种是高压浸渍罐处理;另一种是无压力浸渍罐处理。

近些年,防腐木常用的防腐剂主要有CCA(铬化砷酸铜为主要成分)和ACQ(烷基铜铵化合物为主要成分)。

CCA 具有十分稳定的特性,可以在恶劣的户外条件下应用,但是因含有微量的砷元素可能对人体健康造成伤害。

ACQ 对环境的污染程度来说是比较小的,但是因为其主要活性成分是铜化物,在处理其废弃物时,不能随便燃烧。

研究证实,当含水率高于 50% 时防腐木也会发生腐朽等现象,因此对防腐木外表面再进行油漆处理隔绝空气也是防止腐朽的有效方法。

防腐木依然是当前户外最常用的木材产品,经常被用于户外地板、工程、景观、防腐木花架等,行业通行的标准为使用期十年。

炭化木是在低含氧量的惰性气体、水蒸气或油等介质中,经过 160 ~ 250℃ 热处理后得到的木材。

经高温处理后,木材中的半纤维水解成糖,生成的羟基不易吸水,增强了木材尺寸的稳定性;经炭化后,木材中可成为真菌食物的物质在减少,提升耐腐朽功能;炭化过程不添加化学药剂,不污染环境,可保护人员健康。

炭化木在室外主要用于房屋外墙板、庭院家具、游乐场轻型木构件、露天地板或甲板、田园建筑小品等。

炭化木也并非完美。它脆性较大,不适合重型木结构,也不宜作为承重木材;炭化木造价相对较高,生产水平参差不齐,消费者的认知很有限。

俄罗斯樟子松非常适合炭化木工艺,国内诸多学者,对樟子松的炭化性能进行了研究,预计未来樟子松在炭化木生产中的比重还会进一步提升。

木塑复合材料简称木塑,是以木质纤维或者植物纤维为主要材料,与聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子树脂混合,并添加偶联剂和添加剂,经过一系列工艺复合而成的材料。

木塑制品在户外主要应用在栈道、踏步、户外地板、座椅和景观亭上。由于木塑复合材料具有良好的尺寸稳定性、强度以及耐腐蚀性,与木材相比在使用期间更能保障构筑物的安全,因而常应用在亲水栈道以及登山栈道这种使用条件复杂且对安全性要求较高的户外构筑物中。

尽管性能优越,木塑材料也会面临腐蚀风险。木塑中的树脂高分子老化,以及偏酸性的雨水侵蚀,都会带来木塑材料性能的下降。

现代工艺中也将蜡和木材结合成为户外木制品的新材料。木材注蜡是将液态的蜡沁入到木材腔孔内,将多余的水分挤出,从而达到改善稳定的木材特性目的,注蜡后的家具木材具有很好的防水、防腐、防干裂变形性能。

注蜡工艺主要集中在6 个树种木材:楸木、柚 木、赤桦木、桃花心木、椴木、榉木。蜡处理木材及其在户外应用情况还处于初步研究探索阶段。

注蜡工艺还有很大的改进空间:目前,注蜡时蜡会挥发,不仅造成污染和浪费,还会影响蜡的纯度,传统设备消耗能源大。

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