澳大利亚墨尔本大学的Torgovnikov(1993)提出微波干燥对于改善木材本身的非传导特性极有价值，Young(1994)得出微波干燥可以提高木质纤维素材料的被浸渍能力，Antti等(1999)曾提出微波干燥是一种快速且干燥质量好的方法，澳大利亚学者Vinden等也发现微波处理作为木材干燥前的一种预处理手段可以大大提高辐射松(Pinus radiata)和黄杉属(松科)等木材的心材渗透性和浸注性(Torgovnikov, 1993; Dedic et al., 2001)。Torgovnikov等(2000；2001)在研究中还发现，用高强度微波辐射渗透性低的热带木材心材能够显著改善渗透性，尤其是径向渗透性。王喜明等(2002)提出微波处理可使木材的某些性质得以改善，特别是硬阔叶树材的改善程度更大，微波处理使木材细胞壁上纹孔膜等薄弱环节破坏，木材中的浸提物析出或重新分布，同时木材的密度降低；弦径向干缩率之比增加；木材的吸水量增加，从而使干燥速度加快。微波处理还能使落叶松(Larix gmelinii)木材细胞壁上某些纹孔膜和细胞壁等薄弱的环节发生破坏，形成了新的流体通道，从而改善落叶松木材渗透性(江涛等，2006；杨林，2004；江涛，2006)。

欧洲山杨(Populus tremula)、白桦(Betula platyphylla)、蒙古栎(Quercus mongolica)厚板的染色存在染不透、着色不均匀等问题，这是因为厚板的渗透性差，在厚板染色的过程中，染液进入木材主要依靠木材径向渗透。木材经微波处理可以改善渗透性，特别是径向渗透性，以提高木材的染色性能。本研究通过改变微波辐射强度、辐射时间和木材微波处理前的初含水率，研究微波处理条件与木材染色性能的关系。

1 材料与方法 1.1 试验材料

木材：原木采购于黑龙江省绥芬河，试验用原木直径大于30 cm，经弦向锯切、刨削成450 mm(顺纹)×100 mm×20 mm的微波处理试件各40块。试件部分干燥成含水率为30%、40%和50%(±3%)的3种，为防止试件水分散失、含水率分布不均，采用冷冻和塑料薄膜包覆的方法保持含水率。

染料：酸性大红GR(C.I.Acid Red 73)，最大吸收波长λ_max=509 nm。

1.2 试验设备

WLD24S-01型多管微波处理设备，订制，产地南京；真空加压浸渍装置；FD-100型高周波木材水分仪，哈尔滨；TU-1800PC紫外可见分光光度计，北京。

1.3 试验方法 1.3.1 微波处理

WLD24S-01型多管微波处理设备，微波频率为2 450 MHz，所采用的微波功率为6.28、10.2和23.8 kW，微波处理时间为15、25、35和45 s。

1.3.2 抽真空加压染色处理

微波处理后的试件在室温条件下达到平衡含水率(12%左右)，称重(W₀)后置于处理罐中，抽真空(真空度0.09 MPa)并维持30 min，将木材中的空气尽可能抽取；打开阀门，使染液(浓度0.1%)回流至压力罐中，加大压强使染液进入木材(1 MPa、30 min)，取出后常压下继续在染液中浸泡1 h；染色处理后的木材称重(W_b)，计算增质率M=(W_b-W₀)/W₀×100%。

真空加压浸渍染色过程中，配制浓度为0.1%染液5 000 mL，室温下搅拌均匀，取5 mL配制低浓度染液测量吸光度(A₀)，染色后将剩余的染液加蒸馏水稀释至5 000 mL，测量吸光度(A_t)并计算上染率(C_t)。

2 结果与分析 2.1 木材初含水率对微波处理后木材染液渗透性的影响

在高强度微波的辐射下，木材细胞中的水分快速汽化，形成向外扩散的蒸汽压作用于细胞壁，并在纹孔膜等薄弱环节形成突破，造成纹孔膜破裂；木材细胞内的蒸汽压增高，由于木材射线细胞的胞壁较薄，内压增高可导致其破裂而形成染液和蒸汽易于通过的径向通道，同时增加了木材的内表面积，提供了更多的染料附着基，以提高木材的上染率。所以，木材的初含水率是影响微波处理后木材渗透性和上染性的主要因素。试验中，各树种采用相同的微波处理条件，即微波功率采用23.8 kW，微波处理时间35 s，结果见表 1和图 1。

如图 1所示，杨木、桦木和柞木在微波处理条件相同的情况下，增质率和上染率随木材初含水率(含水率大于纤维饱和点)的增加而降低。这是由于在高强度微波的辐射下，木材中的水分作取向运动，相互摩擦产生热量，使水分汽化，迅速增大的蒸汽压强能瞬间冲破木材结构中最薄弱的部位，形成通道，从而改善木材的渗透性。含水率较高的木材，在微波辐射中，汽化过程所吸收的热量较多，在相同的微波功率下辐射相同的时间，有可能只有部分水分汽化，不能冲破薄壁细胞或纹孔膜，木材的染液渗透性和染色性劣于低含水率的木材。结果表明：杨木、桦木和柞木在含水率为30%左右增质率和上染率均为最大，即染色效果最好；杨木随含水率增加的过程中，增质率下降明显，而上染率的变化较小。

2.2 微波处理功率对木材染液渗透性的影响

使木材中水分汽化所需要的能量全部由微波辐射提供，相同时间内功率高则试材内部水分吸收能量大，水分汽化速度就快，能很快地形成内压力冲破细胞壁薄弱组织，改善其渗透性。试验所用的微波处理设备由多个微波发射管分布在微波腔四周，所选的3个功率值是试材处于相对均匀微波场中时，各方向微波发生管所累加的功率值。不同树种试件初含水率控制在35%(±3%)，微波辐射时间为35 s。结果表明：与未经微波处理的试件相比，木材的增质率和染色上染率都有明显提高，并随着微波功率的增加而增加，采用23.8 kW微波处理时，杨木、桦木和柞木增质率与未处理材相比较分别增加了86.77%、100.3%和72.45%，上染率分别增加了22.06%、21.62%和33.28%(表 2、图 2)。在这一含水率条件下，杨木的增质率一直大于桦木，而上染率却低于桦木，可能与木材内部结构相关，需作进一步研究。

2.3 微波处理时间对木材染液渗透性的影响

微波辐射时间的长短，直接关系到处理材吸收微波能量的多少与试材内部水分的升温程度。杨木、桦木和柞木含水率均控制在45%(±3%)，微波功率采用23.8 kW。结果表明：与未经微波处理的试件相比，木材的增质率和上染率都有明显提高，并随着微波处理时间的增加而增加，微波处理45 s时，杨木、桦木和柞木增质率与未处理材相比较分别增加了51.16%、37.26%和39.51%，上染率分别增加了63.99%、105.48%和55.24%(表 3、图 3)。

在微波处理过程中，随着木材内部温度的升高，水分汽化加剧，木材内部产生裂纹增多，木材发出的异响可以从另一角度解释木材内部随时间变化的规律。特别是晚材结构致密的柞木，声音变化明显。以初含水率为40%的柞木为例，采用23.8 kW微波处理，5 s开始，有水蒸气冲出木材表面时的“嘶嘶"声；15~20 s时，出现“噼啪"的爆裂声；30 s左右时，木材爆裂声音连续；当柞木经微波处理45 s或更长时间，柞木断面或表面就会出现明显开裂或翘曲。所以木材在微波处理时，应考虑微波功率与处理时间的交互作用，控制微波处理工艺。

3 结论与讨论

木材处于高强度微波场中时，木材细胞内的水分迅速生热汽化，产生对细胞内壁的蒸汽压力，使薄壁细胞、纹孔膜等薄弱组织破裂，产生细微裂纹，从而形成新的流体通道，同时增加了木材的内表面积，提供了更多的染料附着基，以提高木材的上染率。杨木、桦木和柞木的染液渗透能力和上染着色性能受木材初含水率、微波功率和微波处理时间的影响，并存在一定规律：

1) 采用相同的微波处理工艺时，即微波功率23.8 kW，微波处理时间35 s，杨木、桦木和柞木在含水率为30%左右增质率和上染率均为最大，即染色效果最好；杨木在含水率增加的过程中，增质率下降明显，而上染率的变化较小；

2) 与未经微波处理的试件相比，微波处理试件(初含水率控制在35%左右，微波辐射时间为35 s)木材的增质率和染色上染率都有明显提高，并随着微波功率的增加而增加，采用23.8 kW微波处理时，杨木、桦木和柞木增质率与未处理材相比较分别增加了86.77%、100.3%和72.45%，上染率分别增加了22.06%、21.62%和33.28%。

3) 含水率在45%左右的杨木、桦木和柞木，采用功率23.8 kW微波处理，与未经微波处理的试件相比，木材的增质率和染色上染率都有明显提高，并随着微波处理时间的增加而增加。超过45 s，木材发生变形或翘曲增加。