本讲概要：

　　防止风化的办法有成膜涂料(film-forming finishes)；渗透涂料(penetrating finishes)以及复合材料的风化与保护。

　　木质复合材料种类繁多，质量也各自不同，其风化的程度差别很大。复合材料的制造是把大至角材小至木粉的木质材料，用不同份量及质量的胶合剂重新组合起来，所以复合材料也被称为组合木质材料(reconstituted wood products)。复合材料的风化可以从其组成的木料大小和胶合剂的质与量来讨论。木料尺寸越小，施胶量就必须越大，才能达到相同程度的胶合度；胶合剂的耐水性固然重要，其强度是否能够承受木材胀缩应力也很重要。因此，对复合材料的风化来说，水分似乎比光能更重要。

　　现代的层积材(glue-laminated timber)用苯酚/间苯二酚/甲醛胶(phenol-resorcinol-formaldehyde, PRF)把板材组成不同厚度、长度、及形状的大型建筑材料。PRF是保证耐水 (water-proof) 胶，胶可渗入数个细胞的深度足以抗拒正常的木材胀缩应力，而且胶着层又深处表面之下不直接受光，因此层积材的风化与实木的风化情形没有很大的差别。在北美洲，单板层积材(laminated veneer lumber, LVL)是用3.2mm厚的单板平行胶合，胶合剂则用酚醛胶(PF)或异氰酸脂胶(isocyanates)，厚度通常是十三层单板，成品可切成不同宽度的2寸厚(实厚为1.5inch或3.81cm)板材。LVL也是全面施胶，酚醛和异氰酸脂胶也都耐水，施胶量虽比层积材稍高，基本上也颇耐风化。

　　合板(plywood)的情况则大为不同。合板每层单板木纹垂直交错，面板的横向膨胀受到与下层胶着的限制，促使细胞壁向细胞腔方向膨胀而缩小细胞腔，干燥收缩的时候细胞壁也向里收缩，如此的反复膨胀收缩，尺寸越变越小而增加收缩应力，使面板沿着削切裂缝(lathe checks)开裂，这就是为什么合板比其它木质材料容易产生面裂的道理。表面的纹裂会加速风化，因此合板的表面防潮以避免反复膨胀收缩，成为防止其风化最有效的手段。建筑用的合板多半是3.2mm厚的单板用酚醛胶胶着，而家俱用合板多半用脲醛胶(urea-formaldehyde, UF)胶合。脲醛胶仅防水(water resistant)而不耐水，在温湿的环境中不断的劣化而容易造成脱胶，家俱用合板的面板极薄，更容易产生面裂。用酚醛胶胶着的合板常用来当做外壁板，其表面必须用适当的遮光防水的涂料保护，并经常维持这表层的完整性，才能经久。

　　平向木片板(parallel strand lumber, PSL)和定向刨花板(oriented strand board, OSB)的制造程序几乎相同，其差别是前者用大木片(宽约1至2寸，长为1至2尺)，而且压成四寸厚的大板(20尺乘40尺)然后再切成宽度不同的2寸厚板材；而后者则用小木片，直接压成厚度3/8寸至3/4寸的板。这两种产品因为是建筑用材料，也用耐水的酚醛或异氰酸脂胶胶合，以气喷法或旋转盘点状施胶，施胶量约5%(胶干重)。点状施胶的胶着面小而且胶层薄，涨缩应力可造成胶层的脆碎使表面木片脱胶。制造PSL和OSB时，热压板面通常涂有厌水性的脱模剂(release agent)，因此其表面有抗水性，不宜砂光。定向刨花板外壁板近年越来越普遍，这种产品的外表面已先行涂装，但必须经常维护。

　　粒片板(particleboard)和中密度纤维板是制造家俱的底板，其表面都有不同方式的装饰覆盖，这些面饰大都遮光及防水，底板都有不同程度的保护，这些家俱的底板多半是用不耐水的脲醛胶胶合，不宜在户外使用。粒片板的制造通常是分层铺板胚，内层是施胶量约6%的粗料，表层则是施胶量约8%的细料；中密度纤维板是不分层的均质板，施胶量约10%至12%。在闷(潮)热的环境下，家俱底板的脲醛胶逐渐水解而释放甲醛，木料因失去胶着力而膨胀，如果表面铺装单薄，表面产生鼓泡而变得非常不雅观。用较厚的三聚氰胺甲醛胶(MF)或三聚氰胺-脲醛胶(MUF)浸渍纸或用较厚的木单板铺贴底板，即可防止鼓泡的现象。用在户外的粒片板和中密度纤维板，必须用耐水的胶合剂胶合，再加上防水涂布。在北美洲，硬质纤维板(hardboard)是最通常的外壁板材料，1970年以前盛行的硬质纤维板(hardboard)是以湿法制造的，施胶量约1%至2%酚醛胶，近代的硬质纤维板都用干法制造，施胶量与中密度纤维板相同。这种外壁板也必须有良好的表面涂布，并且经常保持表面保护层的完整性。

木材热分解
　　木材受热时会被分解，在有氧的情况下还会燃烧放热，自古就是照明、取热的最好材料。木材在地层里受热在无氧下热分解，产生许多可燃性气体、液体(木焦油)和煤等原料。近代照明、取热以及化学原料，都已被石油、煤和天然气取代，木质建材的热分解性和可燃性反而成为伤害人命，损失财产的〝罪魁〞。单就在美国来说，1970年一年之内就有12,200人因建筑物失火而丧命，并造成27亿美元的财物损失。本章将讨论木材热分解时，所发生的物理及化学变化，而木材的阻燃原理和运用，以求减少人命、财物的损失则在第六章讨论。为了便于讨论，木材之热分解通常以低温(200℃以下)和高温(200℃以上)两个区域讨论。将木材之热分解分成这两区，有以下几个原因。首先，在200℃以下，木材热分解是相当缓慢的，木材也不容易在这温度范围内着火，同时在200℃以下，木材之热分解大多是于吸热性 (Endothermal) 的反应，放热性(Exothermal)的反应要超过200℃才会发生。须要耗费热能的反应称为吸热反应，此时受热体(木材)的温度比所接受的温度低；而放热反应则是能够施发热能的反应，此时木材的温度比其所接受的温度高。

低温热解(<200℃)
　　木材在200℃以下的热分解非常缓慢，而且通常不会着火。其时最严重的影响是永久性的失重和失去强度。在所有的木材强度性质中，又以韧度(Toughness)和冲击抗弯强度(Impact bending Strength)所受的影响最大，抗弯强度(Modulus of Rupture, MOR)次之，抗弯弹性系数(Modulus of Elasticity, MOE)又次之。图表列出阔叶树与针叶树材在不同温度处理之后发生的失重和强度变化。由上表可看出，温度越高木材失重越快也多；阔叶树材比针叶树材对温度比较敏感，这是因为阔叶树材的半纤维素较多(34%对28%)，而且阔叶树的半纤维素大部份是五碳糖，比针叶树半纤维素富于的六碳聚糖容易被化学和热分解。半纤维素和木质素共同为木材细胞间的自然胶着剂，它们的分解当然造成木材失去原有的强度。

　　大致来说，气干木材在100℃以下的失重主要是失去吸着水，要在100℃以上的温度才会造成永久性的失重。半纤维素在120℃开始被热解，木质素在130℃至145℃之间开始分解，纤维素则要到160℃至170℃才开始分解，但其分解速度缓慢。自由水(Free water)和吸着水(Bond Water)的蒸发是一个耗费热能的吸热反应，半纤维素、木质素及纤维素的共价键的分解则是放热性的反应。在200℃以下的热分解产物大部份是水和二氧化碳，温度接近200℃时有微量有毒和可燃性的一氧化碳产生。

高温热解(>200oC)

　　木材的无氧热解(Pyrolysis)、燃烧(Combustion)、炽烧(Glowing)、和冒烟(Smoking)四种热分解现象在200oC以上的温度同时进行，木材此时快速地分解，而且大部份的热分解反应都是放热性的。

无氧热解(Pyrolysis)
　　顾名思义，木材之无氧热解乃是在无氧气或空气的供应之下所发生的热分解。分析木材热分解最好和最简单的方法是热失重法(Thermogravimetric Analysis；TGA)和热差法(Differential Thermal Analysis, DTA)。图示的热失重谱，代表半纤维素的木聚糖(xylan)在半纤维素在200℃与300℃之间迅速地最先被分解，纤维素在300℃至400℃之间被分解。木质素则在200℃与500℃之间缓慢地被分解。半纤维素在300℃、纤维素在400℃、与木质素则在500℃之后所剩下的重量多半是焦炭和焦油。

　　热差分析法(Differential Thermal Analysis, DTA)的基本原理，是测量木材在接受温度时，木材本身的温度与其所接受的温度之间的差别。前者大于后者，就表示此时的反应是放热性的，反之则为吸热性。温度的设置是定时升温，如每分钟增温10℃。这种分析法，一般都使用扫描热差法(Differential Scanning Colorimetry, DSC)。这个仪器，可连续在不同的温度测出样品的温度和受温的差异，直接绘出热差谱。图示的热差谱，半纤维素在125℃至150℃间与250℃至300℃因热解而放热，纤维素则分别在125℃至150℃间与350℃至380℃间产生次要与主要放热反应，而木质素的放热反应则由120℃开始以较慢的速度放热，但在300℃和450℃附近也有明显的放热峰。

　　木材在高温的无氧分解产生许多可燃性气体，如一氧化碳、甲烷(CH4，Methane)、甲醛(formaldehyde，CH₂O)、甲酸(formic acid，COOH)、甲醇(Methanol，CH3OH)、醋酸(acetic acid，CH₃COOH)、乙二醛(glyoxal) 及乙醛酸(glyoxylic acid)等被施放出来，同时也产生大量的可燃性木焦油(wood tars)。甲醛、甲酸、及甲醇主要是从木质素的甲氧基(methoxyl)和支链碳分裂而得，醋酸来自半纤维素，而乙二醛及乙醛酸显然是来自糖类的支裂。木焦油的成份非常复杂，但是可以分为三大类。第一类是由半纤维素里的五碳聚糖(pentosans)热解而来，如糠醛(furfural, I)及其它夫喃(furan, II)的衍生物；第二类是由六碳聚糖(Hexosans)衍化而来，如左旋葡萄聚糖(levoglucosan, III)和左旋葡萄聚糖油(levoglucosanone, IV)；第三类则是木质素的衍化物，如愈创木酚(guaiacol, V)、二甲苯酚(xylenol, VI)及甲酚(cresol, VII)等。

　　可燃性气体和木焦油外溢之后，被热分解的木材就剩下焦炭(charcoal)。外溢的气体和焦油燃烧之后，表面形成的炭层有两个重要的功能，它的热绝缘作用大量减少自身燃烧所产生的和外来的热能向里输送，而减缓或终止里层的热解，炭层的阻隔还可减少可燃性气体和木焦油外溢，但是火势太大则会使炭层爆裂。木材的无氧热解虽然在某些阶段是放热反应，但总体来说还是吸热的作用，如果没有如燃烧和炭的炽烧以及外来热源的持续供应，就会终止热解反应。

编辑：Pi Ning