木材是可再生的传统材料，具有质量轻、强重比高、弹性好、耐冲击、纹理色调丰富美观和易于加工等优点。我国是少林国家，人均木材占有量仅为世界平均水平的1/8(陈志林等，2007)。大径优质木材多要依靠进口，而随着热带雨林保护意识的增强，木材进口渠道迅速减少，进口成本将大幅攀升。为了增加木材资源的供应量，我国大力发展了人工速生林，人工林面积约为5 325万hm²，占世界人工林总量的28%，位居世界首位(国家林业局森林资源管理司，2005)。但人工林速生材具有材质疏松、密度小、尺寸稳定性差、不耐腐等缺点，导致其产品性能差，附加值低。因此，高效利用低质速生木材，达到劣材优用的目的，成为许多木材研究工作者研究的重点之一。通过对木材进行化学功能改良，改善木材的尺寸稳定性和耐久性，延长木材的使用年限，提高其产品附加值，是实现木材高效节约利用的重要手段。

木材化学功能改良是通过对木材进行物理和/或化学处理，由此导致木材细胞壁分子结构的永久改变或细胞腔结构的大量封闭，因而增强木材的尺寸稳定性、耐腐朽能力、力学强度、表面硬度等性能; 如果加入特定功能的助剂，也可同时赋予木材防水、阻燃等新的特性。木材的功能化技术依据是否注入试剂以及试剂在细胞中的分布可以大致划分为细胞壁改性和细胞腔处理。细胞壁改性是指改性过程中木材的细胞壁物质经历了化学改变，其分子结构和宏观性能均由此而发生永久改变。细胞壁改性主要包括碳化处理、活性低分子树脂改性、有机单体接枝等。碳化处理不需要额外加入活性化学试剂，而主要是通过高温热降解的方式促使细胞壁物质发生化学降解和重组，由此实现功能的增强与改变。活性低分子树脂改性一般要求树脂的分子尺寸足够小，以至于其能够在外界助力(如真空、加压或木材压缩回弹吸附)和载体(水或其他有机溶剂)作用下能通过细胞壁微孔渗透至细胞壁中，然后在热和催化剂的作用下与木材细胞壁物质发生化学反应而固定在细胞壁内部，实现细胞壁物质结构的永久改变。有机单体接枝主要是利用含碳碳双键的有机单体通过真空加压注入木材细胞壁中，通过引发剂或射线辐射作用引发，促使其与木材细胞壁物质形成自由基加成反应，从而接枝到木材细胞壁大分子上。细胞腔处理主要是指将分子尺寸比较大的有机树脂等在真空、加压下注入木材中，由于这类改性剂分子尺寸大于木材细胞壁微孔尺寸，因而它们主要集聚在细胞腔中，在热/催化剂的作用下自身发生缩合反应而填充、堵塞细胞腔，同时与细胞腔内壁接触的活性官能团可与木材大分子发生接枝反应，但整体而言，木材细胞壁物质基本不受影响。常见的细胞腔处理有热固性树脂(酚醛、脲醛、三聚氰胺)处理、石蜡处理、硅烷处理等。

随着技术的发展和市场需求的增长，木材功能化技术及其产业化应用也日渐兴起。现在已经有多种功能化木材产品投入到欧美市场，产量也在逐年增加。在我国，炭化木是产业化最成功的功能化木材产品，由于其处理工艺简单、投资少、见效快，因而得到很多科研人员和企业的青睐。而其他木材化学功能改良技术在我国也有较深厚的研究基础和技术储备。随着国民经济的快速发展以及国内市场对高品质木材需求的增加，这些功能化技术转化为生产力的条件也逐渐具备。本文主要回顾了目前国际、国内已经成熟或趋于成熟的木材化学功能改良技术，讨论了这些改性处理对木材尺寸稳定性、生物特性和物理力学性质的影响，分析和展望了功能化木材的产业化现状和远景。

1 热处理(炭化处理)

热处理技术是通过物理的方法(高温加热)实现木材组分的永久化学改变，其基本原理是促使木材细胞壁物质(主要是半纤维素和木质素)在高温条件下发生热解和分子结构重组，因此将热处理归类于化学功能改良。热处理木材整体表现为吸湿性降低，尺寸稳定性增加(Stamm et al., 1937)。热处理技术已经广泛转化为生产力，有多种不同的热处理木材产品在欧美和国内市场上销售。

木材热处理是将木材在高温(160~260 ℃)下进行加热处理特定的时间，其中加热介质为水蒸气、植物油等。Stamm等(1937)已报道了木材热处理对木材尺寸稳定性的影响，并对热处理木材变色和吸湿性进行了研究。近年来，热处理技术及其产业化得到空前发展，欧洲国家如芬兰、法国、荷兰、德国和葡萄牙等先后开发了不同的工业处理技术。

20世纪80年代末，荷兰的PLATO BV公司开发了木材Plato水热处理技术，主要是利用木材细胞壁中的水分，使其在热作用下发生降解。Plato工艺大致可分为4个阶段(Boonstra et al., 1998):首先是热水解阶段，在密封的处理罐中将刚伐下的新鲜木材或气干材升温到160~190 ℃并保持4~5 h，由于木材中水分的蒸发，内部压力增加; 第二，采用常规的木材干燥工艺将木材干燥至10%左右的平衡含水率并维持3~5天; 第三，热处理阶段，将处理容器的温度再次升高至170~190 ℃，持续14~16 h; 第四，降温调湿阶段，将温度和湿度在常压下调节至平衡并保持2~3天。为了避免可能发生的副反应如半纤维素水解，可以根据实际情况适当降低处理温度(Tjeerdsma et al., 1998)。

法国的New Option Wood(NOW)公司开发了木材Retification处理工艺。木材(含水率约12%)在氮气保护下，缓慢加热至200~240 ℃。处理罐中的氧气控制在2%以下，以降低木材细胞壁物质的热氧化降解。德国的Menz Holz公司利用植物油为传热介质，在密封的处理容器中将木材于不同的温度下处理不同的时间，处理完成后热油被抽走(图 1)。在保证获得优异耐久性能的前提下尽量减少植物油的消耗，可将处理温度设定在220 ℃(Rapp et al., 2002)。为了在可接受的力学性能降低范围内获得最大的耐久性，处理温度可调节为180~200 ℃。对于截面尺寸为100 mm×100 mm、长度为4 m的方材而言，在最高温度下的持续时间一般为2~4 h，加上前期的预热和处理后的冷却时间，总的时间需要约18 h。使用植物油的目的是为了均一、快速地加热，排除处理空间的氧气。常用的植物油是蓖麻油，但其缺陷是处理后的木材有气味产生。由于在生产过程中植物油的反复使用，其中的挥发性组分蒸发，以及木材降解组分的溶入，所用植物油的黏度会逐渐增加，颜色也会发生改变。

Thermo Wood是芬兰研究中心VTT与芬兰相关企业联合开发的木材热处理技术，并已经在芬兰热处理木材协会( Finnish Thermo Wood Association，2003)的相关企业成员中投入生产。该工艺是采用水蒸气为加热介质，空气的含量控制在3%~5%，以减少处理材颜色的改变。该工艺大致分3个阶段:第一阶段，升温干燥，木材迅速被加热到100 ℃，然后加热速度减慢，待达到130 ℃后保持在该温度下直至木材的含水率接近为零; 第二阶段为加热处理，将木材的温度升至185~215 ℃并维持2~3 h; 第三阶段为冷却和调湿，用水喷淋将温度重新降到80~90 ℃，控制处理材的含水率在4%~7%。

除了这些在欧洲已经产业化的木材热处理技术之外，亚洲和北美的有关研究人员如日本(Kubojima et al., 2000)、土耳其(Akgület al., 2007)、美国(Kamdem et al., 2000)和加拿大(Gholami et al., 2003)等也大量报道了木材热处理的相关技术。我国热处理技术的开发兴起于20世纪90年代。刘元(1993)通过接触角测定分析了热处理对木材表面性能的影响。曹金珍等(1997)研究了热处理木材的水蒸气吸附热力学特性，结果表明高于150 ℃的热处理温度能显著减少处理材的吸湿速率。孙伟伦等(2010)以空气和N2为传热介质，在180~240 ℃下处理落叶松(Larix gmelinii)，处理木材的抗胀缩率可达到60%。李延军等(2010)和李贤军等(2011)对杉木(Cunninghamia lanceolata)和樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)木材进行高温热处理，发现经高温处理的木材颜色变深，随着处理温度和时间的增加，处理后的木材表面液体润湿性降低，ASE可达34.7%~51.81%，而抗弯强度和弹性模量分别下降19.45%和6.63%。蔡家斌等(2009)分别采用170，190，210 ℃对樟子松板材进行了热处理，处理材的吸湿性比对照样下降20%~50%，随着温度的升高，处理材的抗弯强度依次下降1.48%，10.5%和30.42%。李家宁等(2010)和李民等(2011)研究热处理对橡胶木(Heveabrasiliensis)褐腐和力学性能的影响，结果是热改性木经褐腐培育后，其质量损失率由未处理材的55.93%减少到11.63%，耐久性由不耐腐等级提高到耐腐等级，180 ℃处理导致橡胶木的抗弯强度和模量分别降低19.3%和11.2%。陈人望等(2010)和马星霞等(2011)对樟子松热处理材进行室内防霉、防蚁蛀及野外埋地检测，樟子松热处理材对霉菌的平均防治效力仅为25%，且不能抵抗变色菌和白蚁的侵蚀，所以热处理材应用于白蚁危害严重的区域时，需添加防虫剂。

经过热处理后的木材，其耐久性、水蒸气吸附能力、干缩湿胀行为、力学强度等均会发生改变，改变的程度取决于所用木材的种类和处理工艺，其中处理温度和处理空间氧气的含量对性能的影响至关重要。由于热处理过程中木材内部的树脂大量向外迁移，这就减少了处理木材在使用过程中树脂外迁造成的问题。与未处理木材相比，热处理能够增强木材耐菌腐的能力(Kamdem et al., 2002; Weiland et al., 2003)。Scheiding等(2005)依据欧洲标准EN113(实验室检测)和EN252(野外检测)测试了9个欧洲生产商生产的5个树种共计13种热处理木材的耐菌腐能力，结果表明，所检测的热处理产品均具有很好的耐腐朽能力，耐久性等级分类可达“稍微耐久”至“耐久”，所用菌种Poria placenta对热处理针叶材的腐朽要高于热处理阔叶材。热处理木材耐腐朽的原因可归结于如下几个方面(Kamdem et al., 2002;Weiland et al., 2003): 1) 热处理后，木材的吸湿性降低，使得腐朽菌生存环境的湿度不适宜其生长; 2) 半纤维素在热处理过程中被降解，使得腐朽菌缺乏赖以生存的食物; 3) 热处理导致木材细胞壁物质发生了永久的化学变化，致使腐朽菌对其不再认知。

热处理过程中由于半纤维素水解产生乙酸，所以木材呈现酸性，其酸度随着热处理时间和温度的增大而增加(Tjeerdsma et al.，2005)。FTIR分析表明，在高温下，处理材的谱图在1 740 cm^-1峰处明显减弱，这主要归因于半纤维素中乙酰基发生断裂。热处理过程木材分子化学变化研究显示，木材细胞壁物质在加热过程中可发生脱水反应，半纤维素和纤维素分子间的氢键被破坏，吸湿性相对强的半纤维素发生热解，纤维素和木质素大分子链上的羟基相对减少，处理木材整体表现为疏水性; 同时，酸催化降解能够产生各种醛类物质，它们能够与木质素等成分发生交联反应，使得木质素发生缩合重组，因而，处理材的尺寸稳定性得以改善，测定的抗胀缩系数ASE一般在10%~65%之间(Tjeerdsma et al.，1998;Kamdem et al.，2002;Scheiding et al.，2005)。热处理改善木材耐腐性和尺寸稳定性的同时，也伴随部分性能的降低，主要表现为弹性模量、抗压强度、抗弯强度和抗冲击强度的损失。通过对不同树种木材进行热处理后发现，热处理木材的弹性模量可降低10%~50%、抗弯强度降低20%~40%、冲击强度降低30%~60%。处理温度越高，时间越长，木材力学性能降低越明显，木材颜色变得越深(Esteves et al.，2007;Korkut et al.，2008a;2008b;Kubojima et al.，2000)。

在热处理技术的产业化应用方面，欧洲走在世界的前列，热处理木材产品主要用于制备室内外家具、厨房家具、装饰材料、地板和桑拿房内装材料等。中国把热处理后的木材称为炭化木，在这个领域的研究相对晚些，现在国内商业化规模还较小，热处理设备多为原防腐罐改造，企业缺乏技术指导，产品处理不均匀导致颜色和材性不均一。但由于热处理投资小，技术相对简单，加上我国巨大的市场容量，热处理技术在国内的发展潜力巨大。在相关研究机构、行业协会、国家政策的共同扶植支持下，在不久的将来会有很大的发展空间。

2 木材乙酰化处理

木材乙酰化是研究最早的木材化学功能改良技术之一，其原理是利用疏水性乙酰基取代木材细胞壁物质中的亲水性羟基(图 2)，从而减少木材中的羟基数量，并在细胞壁内部产生充胀作用，由此提高木材的尺寸稳定性和耐菌腐能力。木材乙酰化研究始于1928年(Fuchs，1928)，乙酸酐与木材的接枝反应一般在催化剂(如吡啶、醋酸钾等)和热的共同作用下实现(Stamm et al.，1947;Obataya et al.，2008)。产业化的乙酰化处理技术与实验室技术相比已经大大简化，处理体系不需加入催化剂，而是直接将木材置于酸酐液体中，在真空、压力作用下完全浸透，之后将多余的酸酐排除。浸渍木材在温度120 ℃左右实现酸酐与细胞壁物质的接枝反应，之后反应容器抽真空，以去除未反应的酸酐和反应副产物醋酸。为进一步除去挥发性的反应副产物，乙酰化木材需要经历以蒸汽/水处理为主的后处理(Rowell et al.，1986)。

Ramsden等(1997)以及Hill等(1998)研究了乙酸酐与木材主要组分反应的难易程度，结果显示酸酐与木质素的反应最活跃，半纤维素次之，纤维素最低，聚合温度与接枝反应程度呈正相关性。乙酰化的Corsican和Scots pine边材(30%质量增加率)的抗胀缩系数ASE高达90%(Cetin et al.，2001)。Obataya等(2008; 2009)将醋酸酐和醋酸钾(催化剂)溶液体系浸渍到木材中，使之与细胞壁发生乙酰化反应，置换亲水性的羟基，结果发现，在120 ℃条件下醋酸钾能够有效催化醋酸酐在木材上的接枝反应，仅用30 min反应时间WPG就达到20%，处理木材的尺寸稳定性得到改善(达70%以上)，纤维饱和点和含水率降低达70%(在20% WPG和90%RH测试条件下)。FTIR、XPS分析进一步证实了木材中羟基数量减少，羰基数量增加，处理后的木材细胞壁的结晶度增加(Tserki et al.，2005)。XRD分析发现乙酰化处理后结晶程度增加，这主要归因于酸酐与纤维素非结晶区物质、木质素和半纤维素反应而增大结晶程度(Zafeiropoulos et al.，2002)。

乙酰化木材能够有效抵抗真菌腐朽(Gloeophyllum trabeum，Coniophora puteana和Coriolus versicolor)，但这种功能的获得需要以木材获得足够高的试剂增重率为前提，一般而言需达到20%以上(Hill，2006)。乙酰化处理改善了木材细胞的尺寸稳定性，有助于增强涂料和胶黏剂在木材表层的结合力(Beckers et al.，1998)。与涂饰的未处理材相比，表面涂饰的乙酰化木材经过4年的室外老化，其表面的涂料层展现出更少的剥离、鼓泡、开裂现象(Nienhuis et al.，2003)。Dreher等(1964)发现乙酰化的Ponderosa pine的抗弯强度增加了10%，但Redoak和Sugar maple却降低了10%。其他的一些研究结果也显示乙酰化处理对木材的强度影响较小(Larsson et al.，1994;Papadopoulos，2008)。从应用的角度讲，乙酰化导致的木材强度稍微改变并不对其应用产生实质性的影响。

虽然乙酰化经历了长期广泛的实验室研究，但由于其需要使用吡啶等作为催化剂，在木材中会残留挥发性的醋酸副产物，所以其产业化之路相对较为漫长。第一个获得乙酰化处理木材专利的国家是澳大利亚(Suida，1930)，Koppers Company早于1961开始生产地板用乙酰化木材。瑞典的A-Cell、美国Weyerhaeuser、马来西亚、挪威和德国等生产的乙酰化木材都已经商业化(Rowell，2006)。荷兰的Titan木材公司最近在欧美市场上推出它们的首款乙酰化木材产品“Accoya”，该公司正在Arnhem兴建年产24 000 m³的室外用门窗、墙面覆板、地板用乙酰化木材。最近他们也将目光投向具有广阔市场空间的中国，在江苏投资兴建生产基地，在中国市场上推出“钻石木(diamond)”为品牌的乙酰化木材。

3 糠醇处理

糠醇改性的木材，称为糠醇化木。木材需要类似于乙酰化处理那样的真空加压浸渍，糠醇浸渍到木材中后在催化剂(路易斯酸、柠檬酸等)的催化作用下，在木材细胞中经历如下反应:首先糠醇自身能够发生缩合形成低聚物; 其末端基在高温和催化剂的共同作用下也可能转变成具有反应活性的基团，与木材细胞壁物质发生交联反应(Venas et al.，2006)。20世纪50年代，一些学者用氯化锌作为催化剂制备糠醇化木(Goldstein et al.，1959)，但是，用氯化锌作为催化剂会同时催化木材细胞壁物质降解，导致木材的力学性能降低。20世纪90年代，一些新的有效催化剂(环型酸酐、马来酸酐，硼酸)相继被筛选和应用，改性木材的尺寸稳定性得到很大的改善(Ryu et al.，1992)。

21世纪初，欧洲国家尤其是挪威和瑞典的科研人员对糠醇改性木材的研究较多。Westin等(2004)和Esteves等(2011)将海岸松(Pinuspinaster)木材处理至38%的质量增加率，处理木材的平衡含水率降低40%，尺寸稳定性增加45%，弹性模量(MOE)稍微降低，弯曲强度稍微增加(6%)，硬度和密度分别增加50%和37%。糠醇处理木材具有很好的防腐能力，在使用过程中释放的挥发性有机物质较少(Lande et al.，2004)。荧光光谱和激光共聚扫描显微镜分析显示，由于糠醇的分子尺寸较小，其能够进入细胞壁中发生缩合和交联反应，但由于细胞壁微纤丝的空间限制，缩合反应可能收到抑制(Thygesen et al.，2010)。

糠醇处理后的木材稍变脆，处理后的木材颜色变为棕色。由于糠醇来源于玉米秆、甘蔗渣以及生物乙醇剩余物，是天然改性试剂，其环保特性是该处理技术的优势。挪威的Wood Polymer TechnologiesASA(WPT)已经将木材糠醇处理技术应用到工业产，其产品已经进入市场销售。其糠醇化木材在实验研究阶段称之为VisorWood，后来投入生产并命名为Kebony，2004年第一条生产线开始生产，2005年又增加了2条生产线。该产品目前主要的目标市场是欧洲国家，产品主要是高档木门窗、室外地板和家具(Treu et al.，2009)。

4 氮羟甲基化合物处理

20世纪20年代，以研究甲醛与纤维素的交联及在棉织物上防皱整理的应用为起点，至今已有近百年的历史。国外的纺织工业者早期以一些含氮羟基化合物处理纺织品，在纺织工业行业中已经发展得很成熟，如衣服制品的防皱处理、织物的着色和固色、棉制品印染等(Krause et al.，2008)。由于纺织品的天然纤维素与木材中的纤维素和半纤维素的结构极其相似，因此也可将该技术借鉴到木材改性工业中来。

氮羟甲基化合物最具代表性的是1，3-二羟甲基-二羟基-乙烯脲(DMDHEU)，在木材处理过程中一般配置成不同浓度的水溶液。DMDHEU溶液在真空、压力的作用下渗透进木材细胞壁和细胞腔，浸渍后的木材需在100~120 ℃下干燥，DMDHEU在细胞壁中发生缩合和交联反应(图 3)。特别值得一提的是，浸渍后的木材，尤其是大尺寸的木材在干燥过程中容易发生开裂，因此干燥过程中温度应该缓慢逐步升高，或者采用特种干燥。开裂的原因可能是由于试剂在木材中分布不均一造成的(Schafert et al.，2005)。

DMDHEU处理能够增强木材的防腐性能，将未处理材与处理材一起暴露于腐朽菌Gloeophyllum trabeum和Coniophora puteana达16周，对于G.trabeum菌，未处理材质量损失40%，处理材质量损失仅为2%~5%，而对于C. puteana，未处理材质量损失55%，处理材损失4%~20%(Schaffer et al.，2005)。Xie等(2005; 2006)发现DMDHEU处理增强了处理木材在自然和人工老化条件下的耐老化能力，涂料和胶黏剂在处理材表面的相互作用也得到加强，显著增强了漆膜的抗老化能力。苏格兰松(Pinus sylvestris)经10%~20%的DMDHEU溶液处理后，其抗胀缩系数ASE可达60%。DMDHEU处理基本不改变木材的抗弯强度，但是抗拉强度和抗冲击强度降低可达40%甚至更高(Xie，2006)，处理木材的脆性明显增强(图 4)。处理材力学性能的降低主要归结于催化剂的催化水解，DMDHEU对微纤丝的交联也可能减少其在应力下的活动自由度。

氮羟甲基化合物处理木材技术主要由德国巴斯夫化学公司联合相关高校和科研机构在20世纪末共同开发，在美国、欧洲、日本、澳大利亚、中国、印度等国家和地区申请了专利，并在一些木材公司、单板企业进行了推广应用。

5 有机单体改性

有机单体改性通常是将含C＝C的有机单体/低聚体通过真空加压浸渍到木材中，然后经过自由基(如偶氮二异丁腈)引发或射线(如γ射线)辐射使浸渍到木材中的有机单体发生自由基聚合，所得改性木材也称为塑合木。报道的有机单体有苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯、丙烯腈等乙烯类单体以及不饱和聚酯、丙烯类低聚体。

早在20世纪60年代，Karpov等(1960)就用聚乙烯和聚苯乙烯混合浸渍木材，经辐射固化制得塑合木。经聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或PVC/PMMA混合试剂处理的木材，其抗胀缩系数分别高达87%和83%(Calleton et al.，1970)。由于有机单体在木材细胞间通道及细胞壁微孔内聚合，从而堵塞水分进出的通道，因而处理木材的吸湿性显著降低(Khan et al.，1992)。加入引发剂过氧苯甲酰、月桂酸或二甲基苯胺等类型的引发剂，聚合反应可在常温下进行，但需要很长的反应时间。Şolpan等(1999)研究丙烯醇(AA)、丙烯腈(AN)和MMA制备的塑合木，结果发现3种塑合木力学性能、抗老化和耐腐性能都有所提高，但AN/MMA塑合木性能改善效果更好。邱坚等(2003)采用乙烯基类系列单体—丙烯腈(AN)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(AA)三元共聚单体注入西南桤木(Alnus cremastogyne)木材中，制成的塑合木较未处理木材在顺纹抗压强度、抗弯强度、断面硬度方面分别提高76.7%，90.4%，102.3%，而吸水率则降低56.7%。

Ajji(2006)用丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸丁酯(BMA)、AN、苯乙烯(ST)和丙烯酰胺(AAm)处理获得的塑合木，拉伸和压缩强度都有不同程度增大。Baysal等(2007)以ST，MMA和ST/MMA为改性试剂，加入硼酸(BA)和硼砂(BX)作为助剂处理木材，结果发现，ST是非极性单体，几乎不与纤维束上的羟基反应，加入助剂对ST/MMA二元体系单体浸渍木材的WPG、ASE和吸水性(WA)起到负面作用，但增强了处理材的防腐性能。缩合木的ASE增大是由于水分进入木材的通道被堵塞，其进入速度较未处理材要慢很多，由此导致缩合木的膨胀较未处理材低。李永峰等(2009)选用甲基丙烯酸缩水甘油酯作为苯乙烯单体与木材羟基之间的偶联剂以增强苯乙烯单体与木材之间的界面结合，与未处理木材相比，所得塑合木的静曲强度(MOR)、弹性模量(MOE)、顺纹抗压强度和硬度分别提高45%，52%，71%和141%，抗胀缩率(ASE)提高3倍，褐腐菌培养3个月后质量损失(7%)明显较未处理材(79%)要低。Saiful等(2010)将5种热带树种用MMA和环己烷二异氰酸酯(HMDIC)按体积比1: 1浸渍，获得的塑合木结晶度和宏观力学性能都增加。有机单体改性技术虽有很多的研究报道，但其产业化应用非常有限，这是因为处理工艺复杂、处理材表面不清洁，有机单体具有挥发性，对操作工人的健康有一定危害，且在高温自由基聚合过程中可能会出现危险。另外，聚合后的有机成分在室外老化过程中经过雨水冲刷后能够向外迁移沥出，对环境有不利的影响。

6 热固性树脂改性

用于木材浸渍的热固性树脂主要有脲醛树脂(UF)、酚醛树脂(PF)和三聚氰胺甲醛树脂(MF)。将低分子质量的热固性树脂低聚体通过真空加压浸渍的方式浸渍木材，使其进入木材结构中，然后通过加热聚合、微波加热或热辐射，使浸渍到木材内部的脲醛预聚体在受热时固化(吴玉章等，2003)。另外，将热固性树脂浸渍到木材中作为定型剂，然后通过木材热压缩的方式，使之密实定型技术也有广泛研究。钱俊等(2001)采用脲醛树脂(UF)浸渍速生杉木后将其热压密实，密实化木材性能与树脂浸渍量、热压时间紧密相关，密实后杉木的静曲强度提高42%，弹性模量提高17%，吸水率降低45%。Gao等(2007)研究聚氨酯和异氰酸酯浸渍改性杨木(Populus deltoides)，质量增加率为23%的杨木的体积膨胀率仅为5.8%，而未处理材为11.75%;处理材24 h吸水率为24.4%，而未处理材为56.57%。但是处理材的MOR和MOE强度均稍有降低(处理材的MOR和MOE分别为86.88 MPa和6 245 MPa，而未处理材为93.20 MPa和6 368 MPa)。尺寸稳定性的改善是由于木材中的羟基被异氰基封闭，还有聚氨酯沉淀在导管表面上起到堵塞的效果所导致。

方桂珍等(1996;1997) 研究了低分子质量三聚氰胺甲醛(MF)树脂固定压缩杨木回弹技术及树脂与木材的交联机制。处理杨木的抗胀缩率(ASE)为47%，阻湿率(MEE)为36%，低浓度处理即可有效保持木材的压缩定型; 三聚氰胺—甲醛与大青杨(Populus ussuriensis)木材细胞壁组分的反应活性顺序为:木质素＞半纤维素＞综纤维素。Gindl等(2002)以云杉(Picea asperata)树种木材为研究对象，用纳米刻痕测试三聚氰胺甲醛树脂处理木材细胞壁S2的硬度和杨氏模量，结果发现，处理导致S2层杨氏模量增大33%，硬度和抗压强度也都得到增强。三聚氰胺树脂改性后木材的尺寸稳定性、阻水性和充胀性都有所提高(Lukowsky，2002; Cai et al.，2007)。Deka等(2007)也对三聚氰胺树脂浸渍木材进行研究，与素材相比，ASE提高17.5%，表面硬度提高124%。Kim等(2005)在三聚氰胺树脂中加入聚醋酸乙烯(PVAc)，发现在120 ℃条件下，三聚氰胺与聚醋酸乙烯的比例为70: 30时，制备的单板或者胶合板弯曲强度效果最佳，甲醛释放量也最少。汪佑宏等(2011)利用三聚氰胺改性脲醛树脂对马尾松(Pinus massoniana)速生材表面进行浸渍强化处理，表面强化处理材的抗弯弹性模量、抗弯强度和横纹抗压强度分提高7.5%，10.5%和30.3%。

Shams等(2006)系统研究了低分子质量水溶性酚醛树脂浸渍热压制备密实型木材，并分析树脂在木材内部的渗透和分布情况及对木材结晶度和表面润湿性的影响。刘君良等(2002)研究酚醛树脂处理杨树木材物理力学性能，表明随着PF预聚物处理浓度的增加，木材的顺纹抗压强度增加(树脂浓度为20%时顺纹抗压强度增加75.2%)，随着压缩率的增加，抗弯强度和抗弯弹性模量增大(20%的压缩率时抗弯强度增加33.5%，抗弯弹性模量增加9.2%，而50%的压缩率时抗弯强度增加105.8%，抗弯弹性模量增加43.8%)。低分子质量(几十到500) 的酚醛树脂可进入细胞壁中，故改性效果要比大分子酚醛树脂(主要存在于木材细胞腔中)要好(Bolton et al.，1988;Furuno et al.，2004)。

以上3种热固性树脂用于浸渍改性木材还处于理论和基础研究阶段，尚未形成工业化生产。处理木材的尺寸稳定性、耐水性和一些物理力学性能得到改善，然而，脲醛树脂和三聚氰胺树脂的固化时间短，在使用过程中易老化，长期使用亚甲基键会发生水解，酚醛树脂需要较高的反应温度，改性后的木材颜色变深。另外，3种热固性树脂浸渍处理木材在使用过程中均可能释放出危害性很强的甲醛。

7 木材功能改良的发展趋势

木材化学功能改良旨在高效节约使用木材，增加低质木材的产品附加值，做到低质优用。在低碳、环保这一时代大趋势下，木材化学功能改良技术主要面临如下机遇与挑战。

1) 对木材化学功能改良技术和产品的需求:天然优质林在世界范围内的禁伐和现代生活对木材的大量需求，迫使人们将目光转向低质人工林木材的利用，这就为功能改良技术创造了一个需求空间，为高附加值的功能化木材产品提供了广阔的市场。

2) 发展环境友好的木材功能改良试剂:现有改性试剂多数均含有甲醛，或在使用过程中会水解产生、释放甲醛。随着人们健康意识的增加和各国环保标准的迅速提高，需要进一步筛选、合成、开发对人体无毒、对环境无害的绿色改良试剂。

3) 发展简单、安全、低能耗的处理工艺:要实现功能改良技术的产业化转化，所用技术应该在有效的基础上尽量简化处理工艺步骤，使之易于操作，控制、避免爆炸、健康危害等不安全因素，同时要控制能源的消耗。

4) 解决功能改良对材性的负面影响:由于在改性过程中大多数技术均会涉及反应催化剂、高温以及反应体系中残余的氧气，这些因素会导致木材细胞壁物质尤其是纤维素的催化水解与氧化降解，造成功能化木材的某些性能如冲击强度降低，因而限制其在承重场合的使用。针对相关的改良技术，筛选适宜的催化剂和优化处理参数，尽量避免或减少木材强度的损失是未来技术开发的重大挑战。