木材化学成份与木材加工工艺和利用的关系

纤维素分子链在细胞壁中形成的微纤丝沿细胞的轴向排列，赋予了木材较高的顺纹抗拉强度；半纤维素和木素将纤维素粘结在一起，起着支持纤维素骨架的作用，因而使木材具有理想的弹性和抗压强度，除去木素或半纤维素后，木材的强度显著降低。

木材在水热处理时，由于高温高湿作用，半纤维素比纤维素、木素容易分解和破坏，使木材的力学强度降低。木材在高温作用下，木材抗冲击强度下降，而且阔叶材聚戊糖半纤维素含量高于针叶材，强度下降幅度更大，木材的抗弯强度、抗拉强度也均将减小。但是另一方面，在高温作用下，有人认为由于多糖裂解成糠醛并与其他糖类及木素聚合成不吸水的树脂，这是降低木材的吸湿性，改善木材体积稳定性的另一个原因。

木材加工中半纤维对纤维板的生产工艺有一定的影响。在纤维分离之前，用水煮和汽蒸的办法使木材软化，软化过程与半纤维素的水解有关，半纤维素水解生成的酸又成为水解过程的催化剂。半纤维和木素含量高，易于润胀，容易制浆。当然，原料中半纤维素含量多，也容易造成纤维板吸湿性强、耐热性差、浆料滤水困难等问题。湿法纤维板生产废水中溶解的糖类，大部分是半纤维在热磨、热压过程中降解生成的低分子量己糖和戊糖，这些低聚糖经水解成单糖后，可经酶的作用而发酵母，变废为宝。采用废水封闭循环与利用废水生产饲料酵母相结合，有利于废水纵使治理，保护生态环境。

产生纤维板板面颜色的原因有两个方面，一是原料本身的颜色，二是在加工工艺过程中，由于受热、氧化作用而使原料中的某些成分发生变化而引起的。木素中含有发色基和助色基，其中木素单元中的松柏醛基，是由三个发色基组成的，因此，多数学者认为，木素是木材产生颜色的主要来源。

木素是热塑性物质，有水分存在时，在温度作用下，木素发生软化。随温度升高，软化程度了不同。木素是各种不同聚合度的酚类组成的，熔点各不相同，在不同温度时，软化程度也不同。木素全部熔化的温度，针叶材为170℃－175℃，阔叶材为160℃－165℃，冷却后凝结，变硬、变脆。

热磨法纤维分离，就是利用蒸汽（180℃以上）处理，使木素熔融而使木材的细胞间质失去结合力来分开纤维的。湿法硬质纤维板热压，也充分利用了木素的这一性质。木素分子上存在有甲氧基（）、羟基（）、羰基（）等多种功能基团，具有较强的化学反应能力。

抽提物对木材加工影响很大，特别是水抽提物。比如木材经水热处理，废液中含有大量溶解物质，把它们排放于河道中，水中的有机物质将分解、氧化，消耗大量的溶解氧，使鱼类或水生物因水中缺氧而窒息死亡，造成污染。同时，木材经水热处理后，抽提物浸出，找开了被抽提物沉积而堵塞的纹孔，可加快木材的干燥速度。

抽提物对木材气味、滋味的影响。树种不同，其木材中所含抽提物的化学成分有差异。因此，从某些木材中一出的挥发性物质不同而具有不同的气味，未挥发的成分具有不同的滋味。具有气味的木材有降香木、檀香木、印度黄檀、白木香、香椿、侧白、龙脑香、福建柏和肖楠等。其中檀香木具有馥郁香气；新伐杨木有香草味；椴木有腻子味等。日本研究者对具有臭味木材进行分析鉴别证明，在这类木材中均分别含有粪臭素、丁酸、已戊酸己酸、辛酸及二氢肉桂酸等。一般认为，木材气味的来源一是木材自身所含的某种抽提物化学成分所挥发出的气味，二是木材中的淀粉、糖类物质被寄生于木材中的微生物进行代谢或分解时而生成的产物具有某种气味。

少数木材化具有特殊的滋味。如板栗、栎木具有涩味，因为它们都含有单宁。苦木的滋味甚苦，系因木材中含有苦木素；檫木具辛辣滋味；八角树木材显咸略带辣味；糖槭有甜味等‘木材的滋味是因为木材的细胞里含有某种可溶性抽提物，如将这些木材用水浸提，木材的滋味便可清淡或消失。一般新伐材较干材味道显著，边材较新材显著。这是因为新伐材和边材的含水率较高，可溶性抽提物较多而易于显现的缘故。

抽提物对木材强度也有一定的影响，含树脂和树胶较多的热带木材其耐磨性较高。据记载，抽提物对木材强度的影响作用力的方向有变异。顺纹抗压强度受木材抽提物含量的影响最大。，冲击任性最小，而抗弯强度介于二者之间。有人研究美国红杉。北美香柏和刺槐木材的结果表明，木材的抗弯、顺压和冲击强度随着木材抽提物含量的增加而增加。另有人研究表明，北美红杉木材的抗弯强度与抽提物的含量物无关，，而弹性模量随抽提物含量的增加而减少。

抽提物对木材渗透性的影响表现是：木材的心材含有较丰富的木材抽提物，因此木材的纵向渗透较低。但分别经热水、甲醇—丙酮、乙醇—苯和乙醚等溶剂提取后，其渗透性可增加3—13倍。一般说来，心材的渗透性小于边材，这是因为心材所具有的抽提物高于边材的缘故。

抽提物对胶合性能的影响表现是：抽提物是污染木材表面有碍木材胶合的最主要最普遍的根源之一。常以下列方式降低木材的胶合质量：（1）大量抽提物沉积于木材表面，增加了木材表面的污染程度，从而降低界面间的胶合强度，（2）憎水性抽提物降低木材表面润湿性，破坏木材表面反应场所，不利于木材—胶粘剂的界面胶结；（3）抽提物的氧化有增加木材表面酸性的趋势，促使木材表面的降解，降低表面强度。抽提物移向木材表面或接近表面时，可干扰胶—木界面的形成，在界面处形成障碍，从而可能阻止材面润湿或导致胶合强度变低，同时还可能改变胶粘剂的特性。

一般认为，抽提物对碱性胶粘剂固化及胶合强度的影响不十分敏感，而对酸性胶粘剂，抽提物可能会抑制或加速胶粘剂的固化速度，取决于缓冲容量和树脂反应的pH值，如柚木和红栎的水溶性抽提物会延迟脲醛树脂和脲醛—三聚氰胺树脂的 胶凝时间。

许多实例证明，当油漆木材时，会发现漆膜变色，这是由于当木材含水率增高时，木材内部的抽提物向表面迁移在表面析出的结果。含有树脂较多的木材，特别是硬松类木材，涂刷含铅及锌的油漆时，木材中的树脂酸能与氧化锌作用，从而促使漆膜早期变坏。木材表面的油分和单宁含量高时，会妨碍亚麻仁油的油漆固化。

为改善木材的性质，常采用乙烯基单体与木材分子产生接枝共聚反应制造木塑复合材。在共聚反应过程中，发现某些酚类抽提物具有阻聚作用。如桦木抽提物中含有酚类化合物，水青冈木材抽提物中含有类木素化合物，龙脑香木材抽提物中含有棓酸和单宁类化合物，它们对聚合反应均起抑制或阻碍作用。

木材表面的抽提物能促使木材对紫外光的吸收，从而加速木材表面的光化降解作用。采用电子自旋共振波谱仪（ESR）考察抽提物对木材表面光化学反应的影响结果如图5—19所示。结果表明经过抽提的红松木片在紫外光下辐射120min后自由基浓度增加到初始浓度的3倍，而未经抽提的木材却增加到5倍。这表明，抽提物对木材表面的光化学反应起着促进作用，增加了木材表面光化降解的程度。这种促进作用可能是通过光敏作用，即抽提物吸收紫外光能量后，再将能量传递给不易吸收紫外光的纤维素分子，使纤维素分子受激活化而参与光化学降解反应，从而加速木材表面的劣化。

木材中多酚类抽提物含量高者在木材加工过程中易使切削刀具磨损。Krilov研究了澳大利亚15种阔叶木材对锯片的磨蚀机理指出，当木材的pH＝4.0—4.3时，对钢锯片的腐蚀是有限的，低于这一范围，其腐蚀性迅速增加。而木材中含有的多酚类化合物对锯片的腐蚀作用远远超过木材酸度的作用。这是因为多酚分子含有两个或多个相邻的羟基，这些羟基能与铁离子反应形成络合物。在反应过程中能使铁离子从酸—金属平衡体系中不断移出，要维持这个平衡就须不断的产生新的更多的铁离子，因此导致锯片的磨蚀加剧。

锯片钢磨蚀的初始阶段是酸对铁的侵蚀作用，其结果产生了一定数量的亚铁离子；然后这些铁离子在空气中被氧化生成三价铁离子；最后这些三价铁离子与木材中的多酚类化合物生成络合物。试验证实，木材中芳香族多酚类化合物因树种不同而异。磨蚀反应还受着许多因子的影响，木材的含水率低，空气相对湿度低时可以减少锯片腐蚀。但在实际生产中，很少会有全干的木材和在没有水分的空气环境中使用锯片。因此，这些因子，尤其是在含有水分的条件下操作，将大大地增加锯片钢的磨蚀。

乐器共鸣板的质量，在很大程度上取决于木材的声共振性。经研究发现，为了制造优质乐器，宜于使用存放多年的木材为乐器材原料。因为经长期贮存而“陈化”的木材，其中的抽提物部分被分解或去除，有助于改善木材的声学性能。试验表明，木材经乙醚溶剂抽提后木材的密度降低，动态弹性模量升高，音响常数增加。用抽提处理后的乐器的共鸣板，其音响质量提高。

有些木材抽提物含有毒性的化学成分，如松木心材抽提物中含有3，5—二羟基苯乙烯，柏木类木材中含有窧酚酮，均具有较强的毒性。

含有毒性的抽提物的木材可能对木材加工操作人员引起某些疾病，所以在加工这些木材时应考虑采取适当的防护措施。据记载，英国圣约翰皮肤医院在过去20年间，曾先后治疗83例由于木材或锯屑、粉尘所引起的各种皮肤病。据统计，世界上大约有100种以上的木材（其中大多数产于热带和亚热带）含有对人身引起过敏反应的木材抽提物，在红木、柚木、侧柏及相思木等木材中均可发现这一现象。

某些抽提物对木材的某些性质有良好的影响，而在另一方面又可能具有不利的作用。生产水泥刨花板和木丝板时，含糖和单宁多的木材，由于还原糖和多酚类物质的阻聚作用，可使水泥的凝固时间延迟或不易凝固，影响制品质量。例如兴安落叶松心材含有高达8.73％的阿拉伯半乳聚糖，边材含有5.75％，在以这种木材作原料制造水泥刨花板时，能延迟水泥的凝结时间降低固化强度。用气味浓厚的木材制造的包装箱不宜盛装茶叶和食品，含有毒性成分的木材不宜制造室内家具，等等。

综上所述，木材抽提物对木材的性质、加工工艺、人体健康和木材的合理利用均有一定影响，因此深入研究各种木材抽提物的组成、含量及特性对科学地确定木材加工工艺和合理地利用木材资源均有实际意义。

木材是由各种各样细胞组成的，由于各自化学成分的差异，影响了木材的物理、化学和力学性质的变化。木材的主要成分是纤维素、半纤维素和木素，纤维素是由葡萄糖单体构成的线性结构大分子组成的，相互之间连接紧密形成结晶区，结晶区性质稳定，水分子难以进入；半纤维素属于非均一聚糖，它是由多种糖基组成的具有支链的高分子聚合物，与部分纤维素分子链形成非结晶区，水分子和其它溶剂容易进入非结晶区，所以半纤维素比纤维素容易发生化学反应。木素属于无定型物质，它是由苯基丙烷基本结构组成的属于芳香族的高聚物，化学成分和化学结构都比较复杂，木素的软化塑化、分离和溶解等性质与制浆造纸工艺密切相关。纤维素、半纤维素和木素的结构和化学基团决定了木材的物理、化学性质，也影响了木材的加工利用工艺。木材的次要成分主要有多元酚、树脂酸、萜烯类等化合物，它影响了木材颜色、酸碱等物理化学性质，在木材加工中必须考虑到抽提物对木材加工工艺的影响。

木材纤维素、半纤维素和木素都是可再生资源，通过对木材化学成分、结构和化学性质的学习，了解它们的利用途径和方式，对于扩大利用木材范围，高效利用木材具有重要意义。