2017年10月10日 星期二

木材化學性質

  • 木材之化學元素組成


    1. 木材與其他植物體一樣，為一極複雜的有機構成體，其組成成分中除去水分及少量的礦物質外，即為碳、氫、氧三元素化合而成。一般木材之化學元素組成，碳約佔50%、氫約佔6%、氧約佔42.5%、氮通常在0.5%以下、灰分約在1%以下。一舨邊材之含氮量較心材多，乃邊材為仍具生命之生活組織，含有蛋白質之故；木材之燃燒殆盡時，會遺留少量礦物質概稱為灰分。


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  • 化學藥品對木材之作用：木材對於化學藥品及溶劑有相當良好的抵抗性，因木材為一極複雜的高分子化合物，因此有些溶劑僅可溶解木材的一部分，而另一部分則不能溶解。
  • 中性溶劑之作用：木材在室溫下，不溶於中性有機溶劑及冷水。如木材經磨成粉末狀，部分抽出物會溶於水中，其所溶出者僅為不屬於細胞壁組成分之木材抽出物。在水中溶出量，常隨溫度之升高而增加，此非因溫度提高而增加溶解力，乃係溫度提高後，使木材中的乙醯基水解而變成醋酸之緣故。
  • 酸對木材之作用：木材在常溫下對稀酸有相當的抵抗性，但對60%硫酸或37%的鹽酸，則會產生水解而破壞。稀酸在高溫下會使木材中之半纖維素迅速水解，纖維素因部分為結晶狀態，因而被水解的速度比較緩慢。
  • 鹼對木材之作用：強鹼在常溫下可溶解相當量的木材，其被溶解之物質一般為較容易被浸蝕的碳水化合物，但是有一部分木質素也有被溶解的現象，木材萃取物大部分可被鹼液抽出。
  • 木材之酯化與醚化：  
    1. 硝化(nitration)：木材與硝酸及硫酸作用，會形成硝化木質素及硝化碳水化合物。
    2. 脂肪基化(alkylation)：木材使用二甲基硫酸甲基化時，產生甲基化木材。
    3. 酯化(esterification)：木材可與有機酸形成酯化物。  
4.纖維素

培陽(Payen)於1838年發現纖維素含有均勻的化學構成物質，且證實該物質乃由葡萄糖單體所組成，培陽同時發現纖維素與澱粉為同分異構物，於是正式命名為纖維素。纖維素之半縮醛架鍵對於酸的水解作用非常敏感，纖維素經完全水解後，其最終產物為葡萄糖。未純化的纖維素呈酸性，其原因乃是纖維素中含有木質素及複葡萄糖酸等雜質所致。在植物體中，纖維素被氧化成多葡萄糖酸，然後經去羰基作用，除去二氧化碳而得聚木醣。
半纖維素交織存在於細胞壁的木質素與纖維素之間，而具有填充纖維素與木質素所形成的間隙作用。
5.木質素

木質素與纖維素及半纖維素為成細胞壁的主要成分。木質素與碳水化合物(纖維素與半纖維素)的關係，有如鋼筋與水泥。木質素主要集中存在於中膠層之中，其性質與蛋白質及碳水化合物的化學性質迥異，木質素的主要組成分為香族化合物，幾不溶於一般溶劑中，且難水解成單體，亦不如其他天然高分子，有固定而規則的組成與排列。

6.木材之自然分解


天然的木材為最具耐候性的有機物質，但在富有變化的環境條件下，易受到生物的破壞和風化。木材在高含水率及具有空氣的狀況下，常產生腐朽現象，木材的含水率如低於20%時，木材就不致發生腐朽現象，因此木材的乾燥必須達到20%以下始能免於腐朽。
木材如果浸入水中或埋置地下，往往不會有腐朽的現象，其主要原因為腐朽菌是好氣性菌類，所以必須在有空氣態始能生存，木材經浸入水中或埋置地下，其材質被水所飽和，致木材中的空氣含量極少。因此，不易遭受腐朽菌的侵害。
腐朽菌在成表過程中會製造出酵素，因酵素具催化作用，能促進木材的分解，若無此等酵素，則木材就不會產生腐朽破壞現象。
蛀木蟲可使木材崩壞，對木材的破壞程度可與腐朽菌相比，其主要以纖維素為食物，蛀木蟲所蛀食木材產生孔道，促使木材機械度降低，亦有礙美觀。
未受塗裝保護的木材，經風雨洗打後，表面質地變軟，木材的紋理上浮，並且表面產生細紋裂痕而顯粗糙，再經風雨的機械磨損，其表面組織逐漸脫落，謂之風化。風化主由水分、空氣中的氧氣、日光及風雨的摩擦作用而成，部分林質雖在木材的中心，但經長久的時日後，材質亦產生變化，稱之為老化。

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