近年来，国内外一些学者对木材高温快速干燥进行了相关研究: Dwianto等(1999)测试了日本柳杉(Cryptomeria japonica)的压力松弛; 東原貴志等(2000; 2001)用水蒸气处理木材的压缩变形固定; 大島克仁(2002)测试了木材过热蒸汽条件下的力学特性; 赵钟声等(2001)做了高温高压水蒸气处理制造压缩木、人造板的研究; 程万里等(2004; 2005; 2007)、Cheng等(2004; 2007; 2008)总结了高温高压过热蒸汽干燥过程中木材的收缩应力和拉伸应力松弛特征。研究表明:温度高于140 ℃、相对湿度在60%以上的高温高压过热蒸汽条件下对木材进行干燥，应力在短时间内得以急剧释放。对于经过高温高压过热蒸汽处理干燥后的木材，吸湿解吸特性变化问题的探讨较少。

本文在前期研究基础上，进一步对高温过热蒸汽处理的木材性质进行考察与分析，通过了解不同温度、不同相对湿度条件对木材吸湿解吸特性的影响，探讨高温过热蒸汽干燥过程木材材性的变化。

1 材料与方法

选用树龄135年的日本奈良县产日本柳杉材的心材部分，平均绝干密度0.32 g·cm^-3，平均生长轮宽度2.2 mm。经温度为140，160，180 ℃，相对湿度为0，60%，100%[压力为当时条件相对湿度与所在温度对应饱和压力的乘积(顾炼百，2004) ]的不同条件过热蒸汽处理[处理时间为30 min左右(大島克仁，2002) ]后，放置在大气环境下使其达到大气平衡含水率约为9.7% (黑龙江哈尔滨，5月份)。

将经过温度为140，160和180℃，相对湿度为0，60%和100%处理后的试件，分别截取12块(尺寸约为:径向×弦向×轴向50 mm × 3 mm ×10 mm)，分别用于20和50 ℃时做吸湿、解吸试验。

根据文献(日本木材学会，1985) :不同浓度的硫酸溶液在封闭的容器中(图 1)，其饱和水溶液表面的蒸汽压不同，最终形成的平衡水气压(或相对湿度)也不同。本研究根据此原理，采用4个干燥器(20 ℃吸湿、解吸各1个，50 ℃吸湿、解吸各1个)，分别放入配制成不同浓度(10%，25%，33.75%，45%和60%)的硫酸水溶液。不同浓度的硫酸水溶液在20和50 ℃时的相对湿度参见表 1。

根据以往的研究:在一定温度下，相对湿度与木材的吸湿解吸速度相关，相对湿度越高，木材吸湿解吸越慢，因此达到平衡的时间也就越长。一定相对湿度下，温度越高，达到平衡的时间就相对短，50 ℃比20 ℃容易达到平衡。在试验中也进一步证实了这一点，吸湿情况下，20 ℃硫酸浓度为10%，25%时需陈放7天左右，其余浓度、温度时需陈放6天左右。解吸情况下，20 ℃状态下需陈放12天左右，50 ℃状态下需陈放10天左右。

2 结果与分析

图 2，3分别为经温度140 ℃相对湿度100%(a)，160 ℃相对湿度100% (b)及180 ℃相对湿度100% (c)处理后日本柳杉材在环境温度为20和50 ℃时的吸湿等温线和解吸等温线。

由图 2，3可知:经过高温过热蒸汽处理后的木材，水分吸着等温线的类型没有发生变化，这与Simpson(1980)的研究，多孔性纤维组织特有的等温线形状“S”形是一致的，通常认为多孔性木材具有所谓“多重性吸着”的特征。

由表 2，3可以看出:在环境温度为20和50 ℃的吸湿过程中，当环境湿度为16.1%时，180 ℃相对湿度为100%处理后木材的水分吸着量最低(0.2)，其余条件处理后木材的水分吸着量均比180 ℃相对湿度为100%处理后木材的高，而且水分吸着量随处理木材的温度和相对湿度的增高呈减少的趋势，随环境相对湿度的增加，任一条件处理后木材的水分吸着量呈增多的趋势。

在环境温度为20 ℃的解吸过程中，当环境湿度为16.1%时，180 ℃相对湿度为100%处理后木材的水分吸着量为1.2;在环境温度为50 ℃的解吸过程中，当环境湿度为19.0%时，180 ℃相对湿度为100%处理后木材的水分吸着量为1.1。由此可见，180 ℃相对湿度为100%处理后木材在解吸过程中的水分吸着量也是最低。

由表 2，3还可看出:水分吸着量随处理木材的温度和相对湿度的增高呈减少的趋势，随环境相对湿度的降低，任一条件处理后木材的水分吸着量呈减少的趋势。由此可见:吸湿、解吸过程中，在同一环境湿度下，高温高湿处理后木材的水分吸着量低于低温处理后木材的水分吸着量，这说明木材从潮湿的空气中吸收水分的能力明显下降，是由于木材中的半纤维素是无定形的物质，其结构具有分支度，主链和侧链上含有亲水性基团，它是木材中吸湿性最大的组分。在高温处理过程中，半纤维素中的某些多糖容易裂解成为糖醛和某些糖类的裂解产物，随着热量的作用这些物质又能发生聚合作用生成不溶于水的聚合物，吸着点降低，因此高温处理可降低木材的吸湿性。

在任一处理温度下，在所有相对湿度范围内，20 ℃时的吸湿过程中水分吸着量均比50 ℃时的大，这是由于处于温度较高状态下水分子的内能比温度低时的大，而由此造成在吸湿、解吸这一动态平衡过程中，温度的升高使水分子脱离木材分子束缚的几率增大了。因此，在同一相对湿度下，环境温度较高时的水分吸着量比温度低时的少。另外，高湿处理使某些非结晶区以及部分抽提物从木材中移出，部分木素融化并渗透到纤维素中，经过变化后，微胶粒可能变得更加聚集。收缩后，由于降低了抽提物和基质材料的缘故，相邻的羟基键组自我结合，导致了对水分子可以得到的吸附点数量的减少，从而使得水分吸着量减少。

由表 4可知:经不同温度各相对湿度处理后日本柳杉材，无论环境温度在20 ℃还是在50 ℃时，吸湿解吸含水率的差均为正值，说明处理后木材均有吸湿滞后现象，这是因为木材中纤维素的吸湿发生在非结晶区的游离羟基或新产生的游离羟基上，解吸是已润湿了的纤维脱水发生收缩。在干燥过程中，首先是水分子间氢键断裂，这是纤维素-水体系中能量最低的结合。水分脱除后，纤维表面相互靠近，直到2个纤维素表面间仅保留1个单分子水层。最后水-OH和纤维素-OH间的氢键断开形成纤维素表面之间的氢键。在这一过程中，由于纤维素网状结构的内部阻力，阻碍了自由水的分子运动，被吸着的水不易挥发，非结晶区的部分羟基重新形成纤维分子内或分子间氢键，但是形成氢键的过程是不可逆的，重新形成的氢键少了，即吸着中心多了，因而吸着水量相应较多，产生滞后现象。根据Urquhart提出的“有效羟基说”，木材在干燥状态时分子之间距离接近，因此部分羟基和羟基之间形成相互间的氢键结合。当开始吸着水分时，一些氢键结合分离，但是另外一部分仍然保持相互间氢键结合的状态。因此木材中能吸着水分的“有效的”羟基数目减少，从而降低了由吸着达到的平衡含水率; 而解吸过程不经过干燥状态，所以不存在这个问题。

由表 4还可以看出: 20 ℃时吸湿滞后现象均比50 ℃时明显，也就是说，随着温度的升高，平衡含水率的差值下降。高温高湿处理后试件的吸湿滞后现象比低温条件处理的试件明显，具体表现为20 ℃环境湿度在95.6%时，160及180 ℃时吸湿解吸过程平衡含水率的差值均超过了5%; 50℃环境湿度在95.6%时，160及180 ℃相对湿度100%处理后的试件吸湿解吸过程平衡含水率的差值也超过了5%。这说明高温高湿处理会使木材的吸湿滞后现象明显。这是由于木材主成分-纤维素具有吸湿性质，吸湿性的大小取决于无定形区的大小及游离羟基的数量，游离的羟基易于吸附极性的水分子，与其形成氢键结合，高温高湿处理使游离的羟基数量减少，从而导致其吸湿滞后现象较明显。20和50 ℃时，相同条件处理后木材随环境相对湿度的增加，其平衡含水率的差值都有增大趋势。

3 结论与讨论

通过对温度140，160，180 ℃，相对湿度为0，60%，100%处理后柳杉材吸湿解吸特性的研究，初步得到了关于木材高温过热蒸汽干燥后木材细胞壁无定型变化的一些信息:高温过热蒸汽处理木材的水分吸着等温线的类型没有发生变化; 吸湿、解吸过程中，在同一环境湿度下，高温高湿处理后木材的水分吸着量低于低温处理后的木材的水分吸着量，高温高湿处理使木材从潮湿的空气中吸收水分的能力有所下降; 在环境温度为20和50 ℃的吸湿过程中，当环境湿度为16.1%时，180 ℃相对湿度100%处理后木材的水分吸着量最低(0.2);水分吸着量随处理木材温度和相对湿度的增高呈减少的趋势; 从吸湿解吸特性上看，环境温度在20，50℃时，处理前后的木材均有吸湿滞后现象，高温高湿处理后的木材的吸湿滞后现象比低温条件处理木材的明显。