木材炭化機理

木材主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和木材抽提物等組成。纖維素在木材細胞壁中起骨架作用，其化學(xué)性質(zhì)和超分子結(jié)構(gòu)對木材的強度有重要影響。纖維素中的羥基和水分子也可形成氫鍵，不同部位的羥基之間存在的氫鍵直接影響著木材的吸濕和解吸過程。大量的氫鍵可以提高木材的強度，減少吸濕性，降低化學(xué)反應(yīng)性等，且纖維素的吸濕性直接影響到纖維的尺寸穩(wěn)定性和強度。木材經(jīng)過高溫熱處理之后，羥基的濃度減少，化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生復(fù)雜的變化，使炭化木的吸濕性降低，尺寸穩(wěn)定性提高，但由于纖維素聚合度的降低，氫鍵被破壞，使得炭化木的力學(xué)強度有所損失。半纖維素是細胞壁中與纖維素緊密聯(lián)結(jié)的物質(zhì)，起粘結(jié)作用，是基體物質(zhì)，半纖維素吸濕性強、耐熱性差、容易水解，在外界條件作用下易于發(fā)生變化，是木材中吸濕性的組分，是使木材產(chǎn)生吸濕膨脹、變形開裂的因素之一。木材經(jīng)熱處理后，多糖的損失主要是半纖維素，因而可降低木材的吸濕性，減少木材的膨脹與收縮，提高了炭化木的尺寸穩(wěn)定性。又因為半纖維素在細胞壁中與木質(zhì)素一起起粘結(jié)作用，受熱分解后木材的內(nèi)部強度被削弱。不僅削弱木材的韌性，而且也使抗彎強度、硬度和耐磨性降低。木質(zhì)素貫穿著纖維，起強化細胞壁的硬固作用。木質(zhì)素還是影響木材顏色的產(chǎn)生與變化的主要因素。木材具有不同顏色還與細胞壁、細胞腔內(nèi)填充或沉積的多種抽提物有關(guān)。抽提物對木材強度也有一定的影響，含樹脂和樹膠較多的木材其耐磨性較高。木材經(jīng)過炭化之后，發(fā)色基團和助色基團發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)變化，抽提物部分被汽化，使得木材顏色發(fā)生改變。