本讲概要：

　　曝露在户外的木材，经年累月的日晒及风吹雨打，使其表面变得粗糙，年轮之秋材隆起，粗化的表面最后变成灰白色。这些变化是由阳光、水分、热以及其它环境因子的组合效应。这些把木材风化的环境因子里，最具破坏力者是阳光能。几乎所有的风化反应，都是由阳光能触发的。除此之外，二氧化硫、二氧化氮等工业空气污染物质，对于木材之风化，也越来越重要，但是有关这方面的资料及文献不多。光线及光能并不能深透木材，木材之风化只是一个缓慢的表面劣化作用。

　　木材由数种高分子成份组成，这些成份的巧妙组合，使木材在遭遇到化学药剂或溶剂的侵袭时，不像其它材料会被完全瓦解。例如，铜会被硝酸完全溶解，塑料也会被有机溶剂溶解，除浓酸之外没有单一溶剂可以完全溶解木材。但是，木材和其它的材料一样，必竟会遭受到化学药品的侵袭。木材的化学分解，主要是因为组成分子被溶解、水解或者氧化。如果药品和溶剂浓度高，或者在高温的状况下，这些化学反应，时常会把木材的碳水化合物及木质素分解得支离破碎，而瓦解木材结构的完整性。化学制浆和试验室的木材化学分析，就都是木材强烈化学反应的好的例子。

弱酸、碱对木材的影响
　　木材在常温下颇耐弱酸碱，所以在塑料业没有足够发达之前，常用木制容器如木桶等贮水和贮物。只要pH 值不低于3，在室温下长期浸泡在弱酸里，并不会严重的损坏木材。从前乡下用巨型木桶把芥菜腌制成酸菜，木桶长期处于食盐与因发酵产生的醋酸液里，经久不会损坏，不需经常修补。

　　木材遭到弱酸碱的侵袭时，主要是损失半纤维素，而半纤维素损失的多少则与木材失去的强度成正比。如前节所述，弱酸能水解半纤维素，而弱碱虽然不容易分解半纤维素，但是可以把整个半纤维素分子溶解，然后从细胞壁被萃取出来。

　　弱酸和弱碱也可来自木材胶着剂。碱性(水溶性)酚醛胶(resol)的 pH 通常是在10.5～11.0 之间，如果含碱量太高，除了有发生碱性水解之外，还会造成胶合产品膨胀率过高的缺点。相同的，尿醛胶、酸性酚醛胶(novalac)、及糠醛胶等酸性胶着剂，如果其酸性过强，也会造成酸性水解。
    
与盐类之作用
　　木材不像许多金属沾到盐类就很容易被腐蚀，所以木材是做水桶、水槽(桶槽都采用木傍)、及水闸门等最好的材料。维护这些木制器具，需要注意工业用水或饮用水内碱性矿物质的含量，也不能让水的消毒氯化物含量太高。如果用木器当作粉状或颗粒状盐类和其它固态化学药品，木器一定得维持低含水量。木器含水量低，则这些药品不能被溶解而渗入木材里去侵蚀纤维素、半纤维素、和木质素。木材防腐剂和阻燃剂里含有高量的有机和无机盐，因此防腐及阻然处理对木材的存放影响是很大。

与金属之作用
　　金属与木材直接触所产生的负面作用更重要。金属的生锈，基本上是化学电流作用。木材里的铁钉就是一个电池，钉身是为正极，向外的钉帽为负极，木材是含电解质的酸液。木材本身呈弱酸性，如果其含水量高，在正负极所产的作用如下所示：

　　正极释放出的二价铁离子(Fe2+)不稳定，随即变成三价铁离子(Fe3+)，继而与木材里的单宁螯合或氧化成三氧化二铁。埋在木材里的铁钉因此逐渐被锈蚀。木材要能提供酸(H+)和水(H2O)，才能完成负极所发生的作用。在负极产生的氢氯离子(OH-)，把半纤维素和纤维素氧化。纤维素被氧化成氧化纤维素(oxycelluose)，氧化纤维素使其木材像被酸蚀的木材一样的脆弱。初期的纤维素氧化，使木材的抗张强度大幅度降低，但是其抗压强度减低并不多。

增强木材抗化解的方法
　　木材的化学分解，一般都是由表面开始，因此木材的表面处理，是直接而有效的办法。如果保持木纹或色泽不是考虑因素，木材表面涂各式水溶性或油溶油漆，是最简单的办法。户外使用的木材，则可用木焦油、沥青、及石蜡等油性物质涂布处理。家具及地板等室内木质品、学校课桌椅，可用桐油或亚麻仁油涂布，以减低木材的吸水量。用聚亚克力(polyacrylic)、氨基甲酸脂(polyurethane)等透明成膜亮光漆更佳。但是各种油漆的表面处理，都是暂时的防湿措施，因为这类油漆本身多半不耐酸碱。沥青耐酸，因此沥青浸渍处理的美南方松，在180℃也不会被10%至15%硫酸侵蚀。

　　木材也可以用合成热固化树脂保护，即所谓的树脂处理材(impreq)和树脂处理压缩材(compreq)。树脂处理材和树脂处理压缩材，不但加强抗化解性，也同时增加其硬度、强度、及尺寸稳定性，而且更耐菌腐虫蛀。最常用的合成树脂是酚醛胶，小分子量的酚醛胶比较容易被注入，甚至还可以渗入细胞壁，增强其效果。碱性(水溶性)酚醛胶固化之后呈黯红色，而分子量小的中性及酸性酚醛胶，因化之后色浅。用酚醛胶处理的木材，其抗酸力很强，但抗碱力稍差。三聚氰胺尿醛胶很少被用来直接处理木材，但是其浸渍纸大量用来压贴在粒片板和纤维板的表面。压贴浸渍纸的板材，除了美观，其硬质表面既防水也防化学分解。把糠醛胶注入木材，可使其抗酸碱。糠醛胶的分子量小，可以渗入细胞壁内部固化。经过糠醛胶处理的美国南方松，在10%氢氧化钠溶液里沸煮24小时，只失去9%的抗压强度；没有经过糠醛胶处理者，则失去75%。但是用糠醛胶处理的木材，颜色呈深蓝色是其最大的缺点。

　　保持木材干燥，是避免金属与木材互相间产生不良反应的最简单也是最有效的措施。使用镀锌的钉子和结联器，可以延迟生锈，但是使用不锈钢钉或铝钉，则更能避免木材被锈蚀。将木材的酸碱值提高至pH4以上，也可减轻与木接触的铁器的生锈。把金属钉子深入到木材里(不使钉帽露于空气中成为电负极)，然后再用相同木材填补，据称也可让钉子不生锈。

木材的色变

酵素氧化色变(Enymatic stains)
　　许多阔叶树材如朴树(Celtis spp.)、赤杨(Alnus spp.)、槭木(Acer spp.)，及橡木(Quercus spp.)等，未经干燥之前发生的色变。最明显的例子是柿木(Diospyros spp.)，柿木在气干时整个边材部份都会变成褐绿色。这种色变是因为边材内薄壁细胞的氧化酵素，把萃取物氧化而引起。酵素的氧化作用，也是使削切后的蔬菜、水果，在空气中暴露一段时间后，表面变成褐色的原因。阔叶树材一般要比针叶树材更容易发生酵素氧化色变，因为一般阔叶树材的薄壁细胞数量比针叶树材多。这种色变仅发生于边材，因为心材里没有活着的薄壁细胞，因而也不会有氧化酵素存在。边材里的薄壁细胞在伐木后，不但暂时维持其生理机能还会在枯死之前增进其生理功能，大量分泌氧化酵素。

　　针对酵素氧化产生的色变，最有效的办法以避免或减轻这种色变是急速杀死薄壁细胞。因为薄壁细胞在枯死之前有亢进的生理机能产生更多的氧化酵素，无论是使用那种措施，都要急速进行。第一个有效的办法，是尽速将生材用高温蒸汽加温，一方面杀死薄壁细胞不让它继续分泌氧化酵素，另一方面高温也可以破坏已分泌出来的酵素4。高温虽然急速杀死薄壁胞，可是高温却可促进萃取物的氧化。第二个办法是将刚锯出的生材在5%硫酸氢钠(NaHSO₃)溶液或其它还原剂溶液内淹浸五分钟，然后进入正常的干燥程序。硫酸氢钠不但可以毒杀薄壁细胞，也可以将己氧化的物质还原，但是生材含水量高，硫酸氢钠的进入木材组织，完全依靠缓慢的渗透作用。第三个方法则是将刚伐倒的原木以溴代甲烷(Methyl Bromide)熏蒸。用溴代甲烷熏蒸固然可以急速毒杀薄壁细胞，同时还可以消除现有的木材的病虫害，不过溴代甲烷及其熏蒸设备的成本和溴代甲烷本身的毒性是一个很大的顾虑。

　　溴代甲烷熏蒸法既然有高成本及毒性的顾虑，气蒸法和还原剂淹浸法的联合使用，可能比较有效。先将生材以还原剂溶液淹浸，然后在干燥之前再以高温蒸汽处理。蒸汽法和还原剂腌浸法的联合使用，可以弥补各自的缺点。

干燥氧化色变
　　在窑干时，槭木会变成红棕色，而山核桃(Carya spp.)则会变成粉红色。浅色的针叶树材，如松木、冷杉、云杉、铁杉等，在窑干时也经常会发生不规则的或深或浅的褐色色变。像这样的氧化色变，边材和心材都会发生，不但见于木材的表层，也发生在里层，因此不能完全被刨去。这种在窑干时发生的氧化色变咸信是在干燥时，木材的水溶性萃取物随着水分向表面移转，水分蒸发后，这些萃取物在干燥温度下，一方面因接触空气而被氧化，一方面也互相发生聚合作用。氧化作用和聚合作用使这些萃取物变成深色的物质。这种色变并非单由薄壁细胞分泌的氧化酵素引起，因此它的发生也不只限于边材部份。许多树种在形成层和边材里都含有少量的小分子酚类萃取物，如各类的儿茶酸(catechins)、花白素(Leucoanthrocyanidins)、及菧(Stilbenes)。这些小分子量的酚类物质在干燥时发生氧化作用和聚合作用。放射松(radiata pine)的干燥色变稍有不同，其色变不现于表面而显示于表面下约 0.5mm至 2.0mm 之处。放射松材较易干燥，一般均用较高的温度快速进行，因为表层木材极干，向外转移的水溶性萃取物仅能聚集在较湿的里层。这些著者又还发现，造成放射松色变的萃取物并非属于苯酚类，而是由于醣类和氨基酸的聚合造成。许多树种在心材的形成过程中，这些小分量的酚类物质发生自然的聚合作用和氧化作用，而变成如单宁等分子量高深颜色的聚酚类萃取物。不过这些小分子量酚类物质在边材内含量不高，其所造成的氧化和聚合色变分布不均匀，故而成为一种缺陷。心材的氧化色变则是一些水溶性聚酚类萃取物随着水分聚集在木材表面，受到高温的影响会继续聚合，同时也被氧化，更加深其颜色。此外，对有树脂道及树脂沟的树种来说，树脂酸(Resin acids)虽然不溶于水，可是在较高的温度下也会以气态方式向木材表面移集。因为树脂酸含有一些双键，移集到表层后与空气发生自发氧化作用(Autooxidation)，变成深色的聚合物。这就是为何松木在窑干时，温度过高的话会发生色变的原因。

化学色变(Chemical stains)
　　木材的酚类

编辑：Pi Ning