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影响木片浸渍的因素

影响木片浸渍的因素大致可以分成3种:①木片本身的因素,如木片毛细管结构、化学组成、空气及水分含量、木片尺寸等;②液体相关的因素,如液体黏度、表面张力、化学组成、空气的溶解量和溶解度;③工艺过程的因素,如压力、温度、浸渍时间。

1 木片的因素

木片中影响浸渍的最主要因素是毛细管结构。阔叶木和针叶木、心材和边材、早材和晚材、正常木和应木、树种等的毛细管类型、几何结构、分布和可及度是不同的。科学家分别研究了针叶木和阔叶木的孔隙结构及其对液体渗透的影响。在针叶木中,液体主要通过管胞和管胞间的纹孔实现;而阔叶木中,液体的流动主要依赖于导管及细胞间各种类型的纹孔。因此,考虑到液体在木材内的流通途径,人为增加一些孔道(如裂缝)可以增强渗透,例如处理厚木片时,可以考虑通过撞击或挤压的方式来产生裂缝,提高液体的渗透性。不论是针叶木还是阔叶木,由于木材结构的各向异性,使得木材不同方向上的渗透速率也不同,研究表明,木材纵向液体渗透能力最强,渗透速率是横向或径向的5~200倍。因此,木片的长度是对液体渗透最重要的尺寸因素,实验表明,木片长度减少有助于提高液体对木片的渗透。另外,木片的厚度也影响渗透过程,因为厚度变小为溶解空气的扩散创造了更短的通道。

木片的化学组成对渗透过程也影响较大,渗透过程所发生的一些现象如毛细管上升、木片润涨以及化学反应都与木材的组成有关。木材抽提物含量高对液体的渗透起着消极的作用,表现在以下:增加了纹孔的呼吸、堵塞毛细管、降低表面的润湿性、减小毛细效应、形成胶状液体及影响润涨速率。

木片的水分和空气含量很大程度影响木材的渗透性能。木材含水量低于纤维饱和吸附水量时,细胞壁会吸收液体而产生一定程度的润胀,这样可以减少液体的流动阻力,提高渗透速率。然而,当木片孔隙中含有过量水分时,在孔道中的水会阻挡液体的渗透,从而降低渗透速率。普遍认为,木片孔隙中的空气是液体快速渗透的主要障碍,木片开始浸渍后,由于受毛细管作用力的影响,孔隙内的空气压力上升,会减弱渗透。从这点而言,木片含有一定量的水对减少空气的含量,增加渗透是有利的。

木片的存放时间和存放条件对木片浸渍效果影响也相当大。一方面,由于在存放过程中木片受到风干作用,其化学组分尤其是抽出物发生了不可逆的变化,使得在新鲜状况下的水溶组分在风干时转化成不溶于或难溶于水,影响了木片的浸渍效果,而且,木片的微观物理结构也会在风干过程中发生变化,导致木材中的孔道收缩甚至封闭以至于形成盲孔,大大降低了木材的浸溃效果:另一方面,木材在存放时容易受霉菌的作用形成朽材,使药液不能充分到达木片内部,降低了木片的吸液性能。

2、工艺参数的影响

常压下,在低于沸点的温度范围内,液体温度升高可以增加木片的浸渍速率,这主要归因于液体黏度下降所带来的渗透加大以及浸渍药液中离子运动速度加快促进了扩散。但是,有些研究结果表明,高温液体对渗透反而不利,原因可能是在所研究的对象中,由于木材孔隙内气体受热膨胀、高温时气体溶解度下降及液体表面张力下降。另外,液体温度还会影响木片的毛细管结构及木片的润胀。总体而言,温度对木片的液体渗透的影响应综合考虑木片类型、液体性质、外部压力。

压力差是液体进入木片的主要动力,因此提高外部压力可以提高压力差从而加速液体的渗透。在很多情况中,木片加压浸渍是提高木片渗透的有效途径。提高压力可以改变毛细管的结构,由于木材的塑性,高压可以使纹孔膜延伸或膨胀,使得纹孔膜上的开口增大。另外,压力高有助于木材孔隙内空气的溶解,降低孔隙内空气阻力,从而提高渗透速率。

渗透时间是影响最终渗透程度的一个因素,它和木材孔隙内空气的溶解度和扩散有关,由于空气在液体中的溶解和扩散是个缓慢的过程,因此必须保证一定的渗透时间,才能使木材浸渍充分。

3、液体相关的因素

渗透液体的黏度和表面张力是影响木材内液体流动和木材毛细管效应的主要因素。渗透起始阶段液体中空气的含量和溶解气体的能力也影响最后的渗透效率。渗透液体的化学组成也会影响渗透过程。当渗透液体内的化学物质和木材成分反应时,会改变木片的毛细管结构。同时,若液体的化学物质与空气中的O2或CO2反应的话,那么毛细管内空气减少,压力降低,有利于渗透的进行。另外,液体本身的性质对木片的润胀有重要的影响,有较强氢键结合能力的液体容易和木片结合,使木片发生润胀。尽管木片的润胀影响木片毛细管结构和渗透过程的具体机理还不清楚,但液体润胀能力强则液体被木材吸收的量也大。