木材化學成份與木材加工工藝和利用的關系

纖維素分子鏈在細胞壁中形成的微纖絲沿細胞的軸向排列，賦予了木材較高的順紋抗拉強度；半纖維素和木素將纖維素粘結在一起，起著支持纖維素骨架的作用，因而使木材具有理想的彈性和抗壓強度，除去木素或半纖維素后，木材的強度顯著降低。

木材在水熱處理時，由于高溫高濕作用，半纖維素比纖維素、木素容易分解和破壞，使木材的力學強度降低。木材在高溫作用下，木材抗沖擊強度下降，而且闊葉材聚戊糖半纖維素含量高于針葉材，強度下降幅度更大，木材的抗彎強度、抗拉強度也均將減小。但是另一方面，在高溫作用下，有人認為由于多糖裂解成糠醛并與其他糖類及木素聚合成不吸水的樹脂，這是降低木材的吸濕性，改善木材體積穩定性的另一個原因。

木材加工中半纖維對纖維板的生產工藝有一定的影響。在纖維分離之前，用水煮和汽蒸的辦法使木材軟化，軟化過程與半纖維素的水解有關，半纖維素水解生成的酸又成為水解過程的催化劑。半纖維和木素含量高，易于潤脹，容易制漿。當然，原料中半纖維素含量多，也容易造成纖維板吸濕性強、耐熱性差、漿料濾水困難等問題。濕法纖維板生產廢水中溶解的糖類，大部分是半纖維在熱磨、熱壓過程中降解生成的低分子量己糖和戊糖，這些低聚糖經水解成單糖后，可經酶的作用而發酵母，變廢為寶。采用廢水封閉循環與利用廢水生產飼料酵母相結合，有利于廢水縱使治理，保護生態環境。

產生纖維板板面顏色的原因有兩個方面，一是原料本身的顏色，二是在加工工藝過程中，由于受熱、氧化作用而使原料中的某些成分發生變化而引起的。木素中含有發色基和助色基，其中木素單元中的松柏醛基，是由三個發色基組成的，因此，多數學者認為，木素是木材產生顏色的主要來源。

木素是熱塑性物質，有水分存在時，在溫度作用下，木素發生軟化。隨溫度升高，軟化程度了不同。木素是各種不同聚合度的酚類組成的，熔點各不相同，在不同溫度時，軟化程度也不同。木素全部熔化的溫度，針葉材為170℃－175℃，闊葉材為160℃－165℃，冷卻后凝結，變硬、變脆。

熱磨法纖維分離，就是利用蒸汽（180℃以上）處理，使木素熔融而使木材的細胞間質失去結合力來分開纖維的。濕法硬質纖維板熱壓，也充分利用了木素的這一性質。木素分子上存在有甲氧基（）、羥基（）、羰基（）等多種功能基團，具有較強的化學反應能力。

抽提物對木材加工影響很大，特別是水抽提物。比如木材經水熱處理，廢液中含有大量溶解物質，把它們排放于河道中，水中的有機物質將分解、氧化，消耗大量的溶解氧，使魚類或水生物因水中缺氧而窒息死亡，造成污染。同時，木材經水熱處理后，抽提物浸出，找開了被抽提物沉積而堵塞的紋孔，可加快木材的干燥速度。

抽提物對木材氣味、滋味的影響。樹種不同，其木材中所含抽提物的化學成分有差異。因此，從某些木材中一出的揮發性物質不同而具有不同的氣味，未揮發的成分具有不同的滋味。具有氣味的木材有降香木、檀香木、印度黃檀、白木香、香椿、側白、龍腦香、福建柏和肖楠等。其中檀香木具有馥郁香氣；新伐楊木有香草味；椴木有膩子味等。日本研究者對具有臭味木材進行分析鑒別證明，在這類木材中均分別含有糞臭素、丁酸、已戊酸己酸、辛酸及二氫肉桂酸等。一般認為，木材氣味的來源一是木材自身所含的某種抽提物化學成分所揮發出的氣味，二是木材中的淀粉、糖類物質被寄生于木材中的微生物進行代謝或分解時而生成的產物具有某種氣味。

少數木材化具有特殊的滋味。如板栗、櫟木具有澀味，因為它們都含有單寧?？嗄镜淖涛渡蹩?，系因木材中含有苦木素；檫木具辛辣滋味；八角樹木材顯咸略帶辣味；糖槭有甜味等‘木材的滋味是因為木材的細胞里含有某種可溶性抽提物，如將這些木材用水浸提，木材的滋味便可清淡或消失。一般新伐材較干材味道顯著，邊材較新材顯著。這是因為新伐材和邊材的含水率較高，可溶性抽提物較多而易于顯現的緣故。

抽提物對木材強度也有一定的影響，含樹脂和樹膠較多的熱帶木材其耐磨性較高。據記載，抽提物對木材強度的影響作用力的方向有變異。順紋抗壓強度受木材抽提物含量的影響最大。，沖擊任性最小，而抗彎強度介于二者之間。有人研究美國紅杉。北美香柏和刺槐木材的結果表明，木材的抗彎、順壓和沖擊強度隨著木材抽提物含量的增加而增加。另有人研究表明，北美紅杉木材的抗彎強度與抽提物的含量物無關，，而彈性模量隨抽提物含量的增加而減少。

抽提物對木材滲透性的影響表現是：木材的心材含有較豐富的木材抽提物，因此木材的縱向滲透較低。但分別經熱水、甲醇—丙酮、乙醇—苯和乙醚等溶劑提取后，其滲透性可增加3—13倍。一般說來，心材的滲透性小于邊材，這是因為心材所具有的抽提物高于邊材的緣故。

抽提物對膠合性能的影響表現是：抽提物是污染木材表面有礙木材膠合的最主要最普遍的根源之一。常以下列方式降低木材的膠合質量：（1）大量抽提物沉積于木材表面，增加了木材表面的污染程度，從而降低界面間的膠合強度，（2）憎水性抽提物降低木材表面潤濕性，破壞木材表面反應場所，不利于木材—膠粘劑的界面膠結；（3）抽提物的氧化有增加木材表面酸性的趨勢，促使木材表面的降解，降低表面強度。抽提物移向木材表面或接近表面時，可干擾膠—木界面的形成，在界面處形成障礙，從而可能阻止材面潤濕或導致膠合強度變低，同時還可能改變膠粘劑的特性。

一般認為，抽提物對堿性膠粘劑固化及膠合強度的影響不十分敏感，而對酸性膠粘劑，抽提物可能會抑制或加速膠粘劑的固化速度，取決于緩沖容量和樹脂反應的pH值，如柚木和紅櫟的水溶性抽提物會延遲脲醛樹脂和脲醛—三聚氰胺樹脂的 膠凝時間。

許多實例證明，當油漆木材時，會發現漆膜變色，這是由于當木材含水率增高時，木材內部的抽提物向表面遷移在表面析出的結果。含有樹脂較多的木材，特別是硬松類木材，涂刷含鉛及鋅的油漆時，木材中的樹脂酸能與氧化鋅作用，從而促使漆膜早期變壞。木材表面的油分和單寧含量高時，會妨礙亞麻仁油的油漆固化。

為改善木材的性質，常采用乙烯基單體與木材分子產生接枝共聚反應制造木塑復合材。在共聚反應過程中，發現某些酚類抽提物具有阻聚作用。如樺木抽提物中含有酚類化合物，水青岡木材抽提物中含有類木素化合物，龍腦香木材抽提物中含有棓酸和單寧類化合物，它們對聚合反應均起抑制或阻礙作用。

木材表面的抽提物能促使木材對紫外光的吸收，從而加速木材表面的光化降解作用。采用電子自旋共振波譜儀（ESR）考察抽提物對木材表面光化學反應的影響結果如圖5—19所示。結果表明經過抽提的紅松木片在紫外光下輻射120min后自由基濃度增加到初始濃度的3倍，而未經抽提的木材卻增加到5倍。這表明，抽提物對木材表面的光化學反應起著促進作用，增加了木材表面光化降解的程度。這種促進作用可能是通過光敏作用，即抽提物吸收紫外光能量后，再將能量傳遞給不易吸收紫外光的纖維素分子，使纖維素分子受激活化而參與光化學降解反應，從而加速木材表面的劣化。

木材中多酚類抽提物含量高者在木材加工過程中易使切削刀具磨損。Krilov研究了澳大利亞15種闊葉木材對鋸片的磨蝕機理指出，當木材的pH＝4.0—4.3時，對鋼鋸片的腐蝕是有限的，低于這一范圍，其腐蝕性迅速增加。而木材中含有的多酚類化合物對鋸片的腐蝕作用遠遠超過木材酸度的作用。這是因為多酚分子含有兩個或多個相鄰的羥基，這些羥基能與鐵離子反應形成絡合物。在反應過程中能使鐵離子從酸—金屬平衡體系中不斷移出，要維持這個平衡就須不斷的產生新的更多的鐵離子，因此導致鋸片的磨蝕加劇。

鋸片鋼磨蝕的初始階段是酸對鐵的侵蝕作用，其結果產生了一定數量的亞鐵離子；然后這些鐵離子在空氣中被氧化生成三價鐵離子；最后這些三價鐵離子與木材中的多酚類化合物生成絡合物。試驗證實，木材中芳香族多酚類化合物因樹種不同而異。磨蝕反應還受著許多因子的影響，木材的含水率低，空氣相對濕度低時可以減少鋸片腐蝕。但在實際生產中，很少會有全干的木材和在沒有水分的空氣環境中使用鋸片。因此，這些因子，尤其是在含有水分的條件下操作，將大大地增加鋸片鋼的磨蝕。

樂器共鳴板的質量，在很大程度上取決于木材的聲共振性。經研究發現，為了制造優質樂器，宜于使用存放多年的木材為樂器材原料。因為經長期貯存而“陳化”的木材，其中的抽提物部分被分解或去除，有助于改善木材的聲學性能。試驗表明，木材經乙醚溶劑抽提后木材的密度降低，動態彈性模量升高，音響常數增加。用抽提處理后的樂器的共鳴板，其音響質量提高。

有些木材抽提物含有毒性的化學成分，如松木心材抽提物中含有3，5—二羥基苯乙烯，柏木類木材中含有窧酚酮，均具有較強的毒性。

含有毒性的抽提物的木材可能對木材加工操作人員引起某些疾病，所以在加工這些木材時應考慮采取適當的防護措施。據記載，英國圣約翰皮膚醫院在過去20年間，曾先后治療83例由于木材或鋸屑、粉塵所引起的各種皮膚病。據統計，世界上大約有100種以上的木材（其中大多數產于熱帶和亞熱帶）含有對人身引起過敏反應的木材抽提物，在紅木、柚木、側柏及相思木等木材中均可發現這一現象。

某些抽提物對木材的某些性質有良好的影響，而在另一方面又可能具有不利的作用。生產水泥刨花板和木絲板時，含糖和單寧多的木材，由于還原糖和多酚類物質的阻聚作用，可使水泥的凝固時間延遲或不易凝固，影響制品質量。例如興安落葉松心材含有高達8.73％的阿拉伯半乳聚糖，邊材含有5.75％，在以這種木材作原料制造水泥刨花板時，能延遲水泥的凝結時間降低固化強度。用氣味濃厚的木材制造的包裝箱不宜盛裝茶葉和食品，含有毒性成分的木材不宜制造室內家具，等等。

綜上所述，木材抽提物對木材的性質、加工工藝、人體健康和木材的合理利用均有一定影響，因此深入研究各種木材抽提物的組成、含量及特性對科學地確定木材加工工藝和合理地利用木材資源均有實際意義。

木材是由各種各樣細胞組成的，由于各自化學成分的差異，影響了木材的物理、化學和力學性質的變化。木材的主要成分是纖維素、半纖維素和木素，纖維素是由葡萄糖單體構成的線性結構大分子組成的，相互之間連接緊密形成結晶區，結晶區性質穩定，水分子難以進入；半纖維素屬于非均一聚糖，它是由多種糖基組成的具有支鏈的高分子聚合物，與部分纖維素分子鏈形成非結晶區，水分子和其它溶劑容易進入非結晶區，所以半纖維素比纖維素容易發生化學反應。木素屬于無定型物質，它是由苯基丙烷基本結構組成的屬于芳香族的高聚物，化學成分和化學結構都比較復雜，木素的軟化塑化、分離和溶解等性質與制漿造紙工藝密切相關。纖維素、半纖維素和木素的結構和化學基團決定了木材的物理、化學性質，也影響了木材的加工利用工藝。木材的次要成分主要有多元酚、樹脂酸、萜烯類等化合物，它影響了木材顏色、酸堿等物理化學性質，在木材加工中必須考慮到抽提物對木材加工工藝的影響。

木材纖維素、半纖維素和木素都是可再生資源，通過對木材化學成分、結構和化學性質的學習，了解它們的利用途徑和方式，對于擴大利用木材范圍，高效利用木材具有重要意義。