木材之壓密化處理加工
國立宜蘭大學森林暨自然資源學系 卓志隆教
木材壓密化是通過軟化或塑化（達玻璃轉移溫度以上）、壓縮定型、後處理（降低尺寸回彈率）及冷卻硬化(降低至玻璃轉移溫度以下)之製程，使軟質木材的密度（或表面密度）、强度（或表面强度）得以提高， 達到強化木材之目的。木材軟化或塑化可透過水熱處理（直接加熱、蒸煮處理、微波或高周波加熱等）之物理方法或利用可滲入木質素與纖維素結晶區中，使其膨潤軟化之化學藥劑（氨水、碱性藥劑等），降低木材之玻璃轉移溫度，使其在較低溫度下軟化，使木材在橫向壓縮應立下容易達到壓密化目的，木材軟化中，水分扮演著重要的塑化劑角色，木材乾燥時至纖維飽和點時之玻璃轉換溫度，半纖維從 167°C-217°C降至 54°C-142°C;木質素從 134°C-235°C降至 77°C-128 °C，纖維素從 231°C-253°C降至 222°C-250°C。水會將兩個相鄰接分子鏈之氫鍵結合分離，會與聚合物中的極性基團形成次級鍵 ，取代細胞壁聚合物之氫鍵，增進網狀結構的可撓性，因此可以將 Tg溫度下降。 木材壓密化主要使早材細胞產生座曲變形，木材橫向壓縮應力須達到壓密區才可達到定型效果，不然木材尺寸很容易回彈。木材在壓密化過程中，大至可分為三個階段， 在壓縮初期，壓縮的位移量會與應力會成等比關係，在此部分細胞壁並未被壓潰而是在細胞壁能承受的的力 量下變形，若將應力解放時，木材會瞬間回彈，完整恢復原來的形狀，稱為彈性限度或比例限度。第二階段為壓縮應力在超過木材比例限度以後，細胞壁承受不了更大的應力而導致細胞壁漸漸變形，在相同應力上木材逐漸變形。變形通常會先集中在鄰接生長輪境界層之早材細胞壁，木質線則會形成扭曲形狀，若將外力 解除木材會瞬間回彈到一定程度之後緩慢的恢復，但不會回復到原來的形狀 ，在此細胞壁以有些破壞。第三階段，當木材早材細胞壁大部分都彎曲，細胞腔漸漸消失，木材被壓密化。
壓密化木材的主要產品問題為後續因吸濕造成內部壓縮應力釋放導致尺寸回彈，可透過防止木材細胞壁吸收水分、在壓縮變形狀態下使木材成份產生交聯共價鍵、釋放壓縮過程中使儲藏於木材中彈性應力與應變等機制使壓縮變形達到穩定之狀態，目前最常用後處理方法為應用熱處理方法，使壓密化木材內部應力鬆弛。熱改質技術是可顯著減低壓密化木材尺寸回彈的處理方法，熱改質木材因水分吸著性減低間接使得木材膨潤及收縮量降低，可改善木材的尺寸安定性。高溫使多醣類、乙醛與酸產生化學反應，使組成半纖維素的單體變為弱吸溼性， 纖維素分子鏈內羥基相互結合而構成氫鍵，即利用破壞或結合木材中的氫氧根，來限制水分的吸收，使木材尺寸安定性增加。
