木材之酚甲醛樹脂處理加工

國立宜蘭大學森林暨自然資源學系 卓志隆教授

國內一般在戶外使用木材選擇上，會使用高耐久性之巴杜柳桉(Selangan batu)、太平洋鐵木(Merbau)、婆羅洲鐵木(Ulin)、柚木(Teak)、非洲玫瑰木(Bubinga)、葉奇木(Azobe)、亞氏風鈴木(Ipe)、紫心木(Purple heart)等高密度、高硬度且高耐腐性之天然生闊葉樹材。針葉樹木材則使用西部側柏、美國檜木、阿拉斯加扁柏、檜木等高耐久性木材。上述樹種雖具有高耐久性能，但隨著部分樹種受到國際貿易公約管制，加上近期因大陸地區、印度等新興國家對木材需求量強勁及非洲西海岸許多國家禁止原木出口，造成原木價格大幅上漲的因素，若再加上可能的碳稅增加、木材價格勢必會逐年提升等因素，造成未來進口材原料的取得勢必更加困難、相關戶外木造設施業者經營愈加艱困。就應具耐久性之防腐木材產業來看，隨著環保意識及安全無污染生活環境觀念的普及與重視，二十世紀末木材防腐業遭受巨大的衝擊，台灣地區明顯的例子為民國九十七年四月起對CCA處理材的限制使用，更自民國105年起禁止使用CCA作為木材防腐劑。因應CCA之禁用，國內木材防腐業者開始應用對環境較友善之低毒性藥劑，如水溶性ACQ藥劑、微米化MCQ藥劑、CuAz藥劑等，惟依木材使用環境危害分級(CNS 3000)規範藥劑吸收量達K4等級之ACQ防腐處理材，使用於戶外時，因地區性環境條件不同，部分ACQ防腐處理材依然會受到生物性劣化現象，造成耐久性降低，也使得本產品之性能受到市場之質疑。因此可替代防腐處理材之改質木材開發實在有必要積極推動，以符合市場需求。透過將木材製造酚甲醛樹脂(PF)處理加工材，可顯著提高木材之尺寸穩定性、強度、耐腐性、耐白蟻性及耐候性等性能。

一般用於木材膠合的酚甲醛樹脂(以下簡稱PF)的分子量較大聚合度較高，而注入用的酚甲醛樹脂必須是黏度低、水溶性好的初期聚合物，如此才可以得到良好的注入效果。低分子量酚甲醛樹脂可對木材產生增容效果，PF樹脂中的水分可以使木材細胞壁膨脹，可促使PF樹脂注入到細胞壁內部，進而與木材化學成分結合，然後以加熱方式固化後形成不溶於水的交聯網狀的聚合體。低分子量範圍（分子量290-470）酚甲醛樹脂可以滲透到木材細胞壁內，進而改善其物理與力學性能，而較大分子量範圍的樹之很難滲透到細胞壁內。PF注入處理木材之目標是將PF樹脂分子能滲透入木材細胞內之細胞腔、細胞間層、細胞壁內非結晶區內微孔隙等孔隙，俟硬化後固著在木材內部，以增加其密度，進而改善各種強度及耐磨性能，尤其改善其耐水性，增進其尺寸安定性，使其即使使用在室外亦不會因收縮膨脹異方性而引起面裂、翹曲等缺點。低分子量的酚甲醛樹脂注入木材後，可降低木材中羥基數量，即降低木材的親水性，進而減低木材的吸濕性能；聚合物因填充細胞壁中，透過增容效果可減低細胞壁的膨脹收縮性能。王松永(2012)提到 PF 樹脂注入之目標，是將 PF 樹脂分子注入至木材細胞內之細胞間層、細胞壁內非結晶區內微孔隙等孔隙，藉由其硬化來固著在木材內，增加其密度來改善各種性能，以改良人工造林木之低密度、耐久性差等問題，可製成高密度、高強度、 高尺寸安定性及具有耐腐、耐蟲蟻及抗風化之產品，供室外環境之用。內倉清隆(2007)研究顯示，將不同分子量大小之PF樹脂注入木材中並使其硬化，探討其物理與機械強度性質時，發現PF分子量為500-600左右為能否進入細胞壁中之關鍵。分子量大於上述之樹脂，即使注入更多時，只會在細胞之內腔面沉澱而已，並不會在細胞壁內形成複合化，故不會顯著提高改質木材的機能。