木材流体渗透性影响到所有与流体排出(如干燥等)和浸注(如防腐处理等)有关的一切木材加工或改性处理过程，是木材的一个重要性质，也是木材加工及利用的重要前提。提高木材渗透性的方法主要有溶剂置换处理法、微生物法和冷冻干燥法。本文试图通过溶剂置换的办法，一方面使木材纹孔保持生材时的状态，从而使干燥后的木材，特别是边材保持较高的渗透性；另一方面通过溶解一部分抽提物，试图提高木材，尤其是心材的渗透性。同时，将溶剂置换材和气干材渗透性进行比较，探讨溶剂置换处理分别对木材渗透性的影响，从而为工业化木材改良提供理论基础。

选取杉木(Cunninghamia lanceolata)和马尾松(Pinus massoniana)作为试验材料，每种试材5株，每株一半用来制作气干材试样，另一半用来制作溶剂置换材试样，两类试样分心材和边材制作。试样为2 cm×2 cm×10 cm的长方形, 要求纹理、年轮与边棱平行。

气干是将新伐的生材锯解加工成横向尺寸为3 cm×3 cm的长条，中间夹隔条后陈放在气干棚内至含水率约为10%，再制作成渗透性测量试样。

溶剂置换是对制作的生材试样直接进行处理。首先将生材试样垂直放置于玻璃缸内，试样上端压一玻璃盖，然后用体积分数为55%、75%、95%、100%、100%的酒精溶液各1 000 mL分5 d，即1 d换1种体积分数的酒精溶液逐步置换木材中的水分；接着利用1 000 mL的分析纯丙酮逐步置换试样内的酒精及水分，1 d换1次丙酮溶剂，5 d换5次；最后利用1 000 mL的化学纯正戊烷逐步置换试样中所含的丙酮，同样1 d换1次溶剂，共换5次。经过酒精、丙酮及正戊烷三级置换后，将试样取出置于室内4 d，交替进行低温(35℃)真空干燥和气干，直至正戊烷从木材内排出。

含水率是影响木材渗透性的一个重要因素，在测量木材的渗透性之前一般要对试样进行含水率调整。本试验试样含水率的调整是在装有相应浓度硫酸溶液的调整箱内进行。气干材试样先放入调整箱内进行含水率调整，溶剂置换试样，在利用气干和低温真空干燥后估计其含水率大约为10%左右时，再放入调整箱内进一步调整。溶剂置换试样进入调整箱之前其含水率的估算方法是从中选8个(杉木、马尾松气干材，经溶剂置换干燥生材的心、边材各1个)称重试样，处理前先称重。

试样含水率按10%进行调整。将相应于含水率为10%的一定浓度硫酸溶液倒入调整箱内的塑料盆，箱内有自计温度计和自计湿度计以记录箱内的温度和湿度，另有微型风扇以均匀箱内温度、湿度。调整箱的门缝用胶布贴封，以使箱内与外界环境隔离。每隔1周进行试样称重和硫酸溶液密度测定，按含水率10%的要求不断调整硫酸溶液的浓度。

为了保证木材纵向气体渗透性不受试样侧面的影响，将在调整箱内已进行含水率调整过一段时间的试样先后取出对其侧面进行油漆封盖。试样的4个侧面先涂饰一层虫胶底漆，然后再涂一层硝基清漆，侧面封堵后的试样再放入调整箱内进一步进行木材含水率的调整。当试样调整到前后两次称重值在±0.005 g范围内变化时，即认为试样含水率已基本达到平衡，可以进行渗透性的测量。

本试验采用水上升置换法测量试样的纵向气体渗透性(Siau, 1971; Bao et al., 1986)。

杉木、马尾松溶剂置换材与气干材渗透性的总平均值比较如表 1所示。可以看出，杉木和马尾松的心、边材经溶剂置换干燥后，其渗透性的总平均值均高于普通气干材的总平均值。

表 1 溶剂置换材与气干材渗透性的总平均值比较 Tab.1 Comparison of overall average permeability between the solvent-exchange and the air-dried wood

表 1 溶剂置换材与气干材渗透性的总平均值比较 Tab.1 Comparison of overall average permeability between the solvent-exchange and the air-dried wood

经过溶剂置换的生材渗透性之所以优于气干材，一方面是由于溶剂置换干燥，使纹孔塞较少程度发生偏移；另一方面，溶剂置换的过程中，将一些抽提物置换出来，因而从两方面增加了流体渗透的有效路径数或疏通了流体在木材中渗透的通道。因为木材在气干过程中，水份从木材的内部移动到木材的外部，纹孔是管胞与管胞之间的重要通道，由于水的表面张力高，从而引起纹孔塞和纹孔膜的偏移。纹孔塞和纹孔膜缘相比，结壳物质多，可渗性微孔少或者无，而纹孔口的直径往往小于纹孔塞的直径，因而当纹孔塞偏移时，可渗性纹孔相对多的纹孔膜缘也无法使流体通过，从而使气干材的渗透性大大降低。这和Matsumura等(1995b)对日本落叶松气干和冷冻干燥过程具缘纹孔闭塞和纵向气体渗透性关系研究所得结论相似。冷冻干燥的试样渗透性之所以大于气干材，同样是因为冷冻干燥使刚伐倒的生材在干燥过程中纹孔的闭塞降低，从而比气干材有较高的渗透性。

但是，木材气干时产生的水-气界面张力并不是影响纹孔塞偏移的唯一因子，人们发现纹孔塞偏移与氢键力也有关(Comstock et al., 1968; Thoms et al., 1971)。Comstock和Cote(1968)研究了溶剂置换干燥对加拿大红松、铁杉生材边材渗透性的影响，所使用的置换液体包括表面活性剂水溶液(其表面张力约为20 dyn·cm^-1)以及一系列有机溶剂(表面张力约为44 dyn·cm^-1)。试验结果表明：两个树种的生材边材进行有机溶剂置换干燥后的渗透性保持同新鲜生材一样，而表面活性剂水溶液尽管具有较低的表面张力，但经表面活性剂水溶液置换干燥后的边材渗透性却由于纹孔发生了偏移而明显降低。Thomas和Kringstad(1971)研究了影响火炬松生材边材的早材纹孔塞偏移的几个因子。他们发现利用酯化和醚化使羟基化学断裂后的木材经干燥水分排除后阻止60%的纹孔塞偏移；而另外那些没有经过溶剂置换干燥的对照试样经干燥后所有纹孔塞全部发生了偏移，这说明了羟基在纹孔塞偏移中所起的作用。同时, 他们通过对溶剂置换干燥对纹孔塞偏移影响的研究, 发现用表面张力较低的表面活性剂水溶液置换干燥后的边材纹孔塞仍然发生了偏移；而用表面张力较高的有机溶剂置换干燥后的边材纹孔塞并未发生偏移。这一结果与上述Comstock和Cote所得结果一致。由此可见, 木材中的羟基在纹孔塞偏移中确实起着重要作用，要有效地阻止纹孔塞的偏移，需使用不会引起纹孔塞与膜缘之间产生氢键的有机溶剂对木材进行溶剂置换干燥。

选用戊烷溶剂干燥，是因为戊烷具有不能与木材形成氢键，其极性为零，对木材不会产生膨胀，表面张力低及沸点低的性质。戊烷在水中的溶解度很小，需要用酒精和丙酮两种溶剂逐级进行过渡置换。

为了进一步分析杉木和马尾松边材与心材的渗透性特点和溶剂置换对心材、边材的渗透性的不同影响，将杉木、马尾松每个试材经溶剂置换干燥生材与气干材渗透性详细情况列如表 2。可以看出，不论是杉木还是马尾松，气干材和溶剂置换材的边材渗透性均大于心材；另一方面，经溶剂置换干燥后，几乎所有树株的边材渗透性有较大程度的提高，而心材，有的有一定程度的提高，有的则变化不大或有一定降低(如马尾松第1、2和4株的心材)。可见，溶剂置换对渗透性的影响，边材比心材明显。

表 2 气干材和溶剂置换材与边材和心材渗透性的比较^① Tab.2 Comparison of permeability between heartwood and sapwood of both the air dried and solvent-exchange dried wood

表 2 气干材和溶剂置换材与边材和心材渗透性的比较① Tab.2 Comparison of permeability between heartwood and sapwood of both the air dried and solvent-exchange dried wood

经溶剂置换干燥材与气干材的渗透性经方差分析(表 3)显示，杉木和马尾松的边材渗透性差异均显著，而杉木的心材差异显著，马尾松心材差异不显著。这说明，经溶剂置换干燥生材对渗透性的提高的效果，杉木优于马尾松，同时也证明了上述观点，即溶剂置换对渗透性的影响，边材比心材明显。

表 3 溶剂置换干燥生材与气干材渗透性方差分析 Tab.3 Variance analysis of permeability between air-dried and solvent-exchange wood

表 3 溶剂置换干燥生材与气干材渗透性方差分析 Tab.3 Variance analysis of permeability between air-dried and solvent-exchange wood

杉木心材经溶剂置换后效果优于马尾松的原因可能与其化学抽提物含量不同有关。至于溶剂置换对边材的影响比其对心材明显，是因为溶剂置换虽然可以疏通心材和边材流体渗透通道，但只能有效地降低边材干燥过程中纹孔的闭塞或偏移，而对心材纹孔塞则不起作用。这是因为心材在树木生长过程中多数纹孔已经发生偏移(Matsumura et al., 1994)，Chun-SuKyoung等(1998)证实了此观点。他们在研究木材水分移动路径时，用1%的酸性染料溶液对正在生长的槭属5种树种进行了浸注实验，并用显微镜观察了渗透路径。结果发现，除离髓心较近的心材没有发现染料外，其它地方均有染料出现，这说明心材的纹孔闭塞在树木生长时已经发生。在树木生长过程心材的部分纹孔虽未完全闭合，但因心材抽提物含量高，也使流体很难通过。

Matsumura等(1996;1995a;1995b)对日本落叶松(Larix leptolepis)和日本柳杉(Cryptomeria japonica)等木材的心材和边材进行了乙醇置换处理，电子显微镜观察到心材的渗透性增加归功于乙醇溶解了心材的一些物质，而边材渗透性的提高是因为溶剂置换有效地降低了干燥过程中纹孔的闭塞。Fujii等(1997)在比较日本柳杉气干材和冷冻干燥材具缘纹孔闭塞和气体渗透性关系时认为，在心材的形成过程中，具缘纹孔的闭塞虽然已经出现，但闭塞常常不完全，且闭塞率变化不一。通过电子显微镜观察发现，边材在气干过程中纹孔常发生偏移，引起渗透性的大大降低。而对心材而言，在气干过程中由于纹孔膜上的结壳物质，使得一些纹孔难以闭合。这也正是溶剂置换对心材效果不明显的原因，因为即便没有完全闭塞的心材纹孔，由于其纹孔膜上的大量结壳物质，使得纹孔膜微孔的有效性大大降低。也就是说，溶剂置换对心材的渗透性提高的效果，不能象对边材那样，可以阻止纹孔闭塞，从而保持生材状态较高渗透性的原因，溶剂置换的目的，是使纹孔保持生材时的状态，而不能使纹孔塞回到中央的位置。由此可以得出，对心材而言，溶剂置换的主要作用是疏通了流体渗透的通道。

表 2所列的同一试材中有些经溶剂置换心材试样渗透性有所降低，是因为虽然试样是从同一试材制作的，但木材微细结构、化学性质的变异很大，降低的原因与此有关(Siau, 1984; 1997)。另一方面，溶剂置换时被溶解的抽提物可能重新沉淀于降低渗透性的位置(Demessie et al., 1995)，从而引起渗透性一定程度的降低。

杉木和马尾松溶剂置换材的总体平均渗透性比气干材的渗透性高。杉木溶剂置换干燥生材心材为2.16×10^-12m³·m^-1，气干材心材为0.11×10^-12m³·m^-1，前者是后者的19.7倍；杉木溶剂置换干燥生材边材为4.72×10^-12m³·m^-1，气干材边材为0.99×10^-12m³·m^-1，前者是后者的4.7倍；马尾松溶剂置换干燥生材心材为0.39×10^-12m³·m^-1，气干材心材为0.17×10^-12m³·m^-1，前者是后者的2.3倍；马尾松溶剂置换干燥生材边材为5.31×10^-12m³·m^-1，气干材边材为0.84×10^-12m³·m^-1，前者是后者的6.3倍。

气干材和溶剂置换材的边材渗透性均大于对应的心材渗透性。溶剂置换对渗透性的影响，边材比心材明显。无论是杉木还是马尾松，较之于气干材，溶剂置换使得边材的渗透性均有较大程度的提高，而心材的渗透性，多数试材有一定程度的提高，少数则无变化或有一定降低。边材渗透性的提高可能与溶剂置换可以有效降低纹孔的闭塞有关，多数树株心材渗透性有一定的提高可能与部分抽提物被置换有关，少数心材渗透性无变化或有一定降低可能与心材在生长时的纹孔已经偏移或抽提物含量高，或与被溶解的抽提物重新沉淀于降低渗透性的位置有关。