改善防腐藥劑滲透性的木材前處理方法

國立宜蘭大學森林暨自然資源學系 卓志隆教授

木材的組成在針、闊葉材上有所不同， 闊葉材具有導管，故縱向液體的通導功能較橫向好，而針葉材主要由縱向管胞通導液體， 其管胞壁上具有壁孔，壁孔為針葉材液體移動的重要途徑，若壁孔膜開放，可使管胞間液體滲透性增加，故要使木材的滲透性增加，可從壁孔膜方面著手。木材抽出物的成分包含酚類、脂類、蠟質、萜類等等，其成分、含量及分布在不同材種中皆有所不同，若堵塞木材中滲透的途徑，將會減低其滲透性。因心材之抽出成分比邊材高，故心材之滲透性又比邊材更低，所以心材通常較難注入防腐藥劑。防腐藥劑注入前之乾燥不足，含水率過高也會導致不容易將要記注入到木材內，故進行防腐藥劑處理前，應將木材乾燥至纖維飽和點(約 30%)以下，方可提升其注入效果。為改善防腐處理時木材之藥劑滲透性能，全球目前之處理方法主要可透過噴蒸汽、冷凍、微波照射、橫向壓縮、刺縫及生物分解等方式來改善木材的滲透性，說明如下：

1.噴蒸氣處理

    苗平與張文靜（2009）將馬尾松及杉木以 90°C、100°C之蒸氣處理 4 小時和 8 小時 ，結果發現100°C、8小時為較佳處理條件，能提升木材滲透率約 2~3 倍。其提升原理是因蒸氣將阻塞滲透之路徑打通，且使木材中部分壁孔的壁孔膜破裂，而蒸氣之溫度越高壁孔膜破裂的可能性越高，故滲透性提升越多。

2.冷凍處理

    Lu等（2005)）使用杉木的邊、心材為試驗材料，分別進行冷凍乾燥及氣乾處理，發現經冷凍乾燥處理之藥劑吸收量較氣乾處理者高，經掃描式電子顯微鏡（Scanning electron microscope, SEM）觀察，發現木材重緣壁孔的壁孔膜因冷凍產生裂痕，使其可滲透孔隙變多，進而提升木材滲透性。冷凍處理後木材之乾燥速度較未處理提升 16%，且可改善乾燥所造成的木材皺縮，冷凍處理將其皺縮深度由 0.76 mm 降為 0 mm，因冷凍處理可使壁孔膜開裂，降低乾燥時的蒸氣壓力所造成的應力，可提高木材乾燥品質(張耀麗等人，2011)。 Yorur and Kayahan （2018）針對冷杉及雲杉採用液態氮低溫處理，改善難於防腐處理木材之藥劑注入性。液態氮處理導致重緣壁孔開裂，壁孔膜與孔托間之鍵結被破壞，壁孔被打開，促進液體的輸導，改善防腐藥劑滲透深度及注入量。冷杉及雲杉試材以液態氮處理15 min，處理後試材置於陰暗環境養生7天，接著採用減壓加壓注入法將Tanalith-E防腐藥注入至木材內，注入量分析結果顯示冷杉及雲杉氣乾試材經液態氮低溫處理後叫對照組分別增加27%及52%;絕乾材則分別增加142%及104%。

3.橫向壓縮處理

    陳瑞英（2006）提到木材被橫向壓缩時，壁孔膜會產生破裂，使得壁孔膜上的通導路徑增加，可增加木材的渗透性。Iida 等（2002） 將木材以熱水抽出處理後，再行壓縮處理，從不同時間的浸水處理及不同壓縮率的配置，發現壓縮率 50%可使滲透率顯著提升，且隨熱水抽出處理越久提升越高，液體吸收率最多可提升 36 倍。

4.刺縫處理

    刺縫處理（Incising treatment）主要利用機械方式，使木材表面產生細小孔隙，可增加藥劑滲透木材的深度，藥劑處理完後可在材料形成均勻的防腐層，使其處理材皆可符合標準要求之滲透度之規定，且刺縫處理後抗彎強度的損失保持在10%以內（柏崎清作，1994）。Fukuta 等（2011)）提到木材的藥劑注入率，隨刺縫密度增加而提高，其注入率較未刺縫及低密度刺縫者有顯著提升，抗彎彈性模數不受刺縫影響，但抗彎強度會隨刺縫密度提升降低。

5.生物性處理

（2006）在木材接種 P. vitreus 的菌株後，木材強度沒有顯著損失，且使挪威雲杉和冷杉的滲透率顯著提升。Schwarze （2007）指出木材腐朽菌會先分解纖維素及半纖維素，對於木質素的分解能力是有限的，其腐朽菌可快速降解 S2 層， 但 S3 及中間層其木質素含量較高，較不受腐朽菌影響，腐朽菌的菌絲通過壁孔，使壁孔膜由中心部分開始降解，可以有效影響心材的滲透性，其酶的特異性和木材降解較溫和，可作為木材改質的生物技術工具。

6.微波照射處理

    江濤（2006）探討木材照射微波改善滲透性的機制，認為微波能迅速使木材內的水分汽化，在木材內產生蒸汽壓力可在木材內產生細微裂縫，成為疏通木材通導的途徑。隨微波功率提高有利於裂縫的形成，但其微波時間需縮短，因過高的微波功率及過長的微波時間易造成木材的大幅開裂。Torgovnikov and Vinden（2009）使用放射松心材為研究對象，微波照射功率控制在 69-111 kWh/m³，可使水溶性防腐藥劑注入率增加 2.9 到 5.3%，微波功率為 158-236 kWh/m³，桉樹試材防腐藥劑注入率可提升 8 到 14%。在適當的處理條件下，微波處理的木材得到改善的滲透性，同時機械強度不會顯著地降低（Liu 等，2005)。