高強度微波照射之木材改質技術

國立宜蘭大學森林暨自然資源學系 卓志隆教授

微波是指波長在是指波長介於紅外線與無線電波之間的電磁波。微波的頻率範圍大約在 300 MHz至300 GHz之間。所對應的波長為1公尺至1mm之間。微波具有良好的加熱效果，影響物質吸收微波的能力，主要決定於物質之誘電損失率，誘電損失率大的物質對微波的吸收能力就強，相反，誘電損失率小的物質吸收微波的能力也弱。由於各物質的誘電損失率存在差異，微波加熱就表現出選擇性加熱的特點。物質不同，產生的熱效果也不同。水分子屬極性分子，誘電率較大，其誘電損失率也很大，對微波具有強吸收能力。因此對於木材來說，含水量的多少對微波加熱效果影響很大。木材微波處理是指將高含水率木材作為一種誘電物質，將木材置於微波電磁場中，使木材中的水分子產生極化現象，透過水分子快速旋轉與相互摩擦產生熱量，使木材温度迅速升高。由於微波具有很强的穿透能力，可穿透到木材内部，可使被處理之木材温度均匀 。此外被處理材温度升高，水分迅速氣化，木材内部水蒸汽壓力迅速增大，當水蒸汽壓力超過木材细胞中壁孔、孔拖、細胞間層、 縱向薄壁組織及木質線薄壁組織的强度時，木材微細結構會產生一定程度的破壞，甚至可能造成明顯的外觀開裂，形成新的流體輸送路徑，可利用此特性有效提高木材的渗透性，作為防腐藥劑、耐燃藥劑、樹脂或金屬等注入性改善之應用。

微波改質技術可應於不同木材產業上，包括可改善不易防腐處理樹種之藥劑滲透性、可減低高密度闊葉樹木材的乾燥時間、可消除木材生長應力與乾燥材之乾燥應力，減少木材變形、可透過注入樹脂或金屬，開發新型木質複合材料、可提升紙漿木片之藥劑滲透性，縮短蒸煮時間等。相關研究成果顯示130 mm厚之放射松鐵路枕木用材經300 kW (0.922-GHz)功率之微波照射後再減壓加壓注入乳化酸銅之處理材，經顯色檢驗後，邊心材均有防腐藥劑之分佈。低功率微波照射後，30-50 mm厚之闊葉樹木材之人工熱氣乾燥時間可減少50%，中度微波照射後之乾燥速率可提升5-10倍，可顯著降低乾燥能源的消耗。由於微波照射後所造成之微細孔隙可將木材生長應力及乾燥應力消除，故不易產生乾燥開裂狀況，可提升乾燥材之品質與減少木材產量的損失。泡桐木材經微波照射後再注入三聚氰胺樹脂之抗彎強度與硬度都可明顯增加，衍生效益還可提高尺寸穩定性、耐腐朽性、耐燃性等，可將低值木材轉換為具附加價值之產品。