龙脑香木材脱胶干燥一体化研究*

杜洪双 黄彦慧 黄琼涛 唐朝发

（1. 北华大学吉林省木质材料科学与工程重点实验室，吉林 132013； 2.宜华生活科技股份有限公司，汕头 515834）

龙脑香（Dipterocarpus spp.）俗称油仔木，分布于东南亚地区及非洲热带[1]，低地湿性雨林的优势科, 是热带雨林特征性树种[2]。国内龙脑香科树种主要分布于海南、云南南部[3]、广西南部和西藏东南部，西藏墨脱及广西都安是龙脑香科植物分布的北限[4]，龙脑香科树种径级大[5]，大多材质坚韧、重又硬、耐腐[6]，经济价值高，应用领域广，可用于建筑、造船、上等家具、水下工程等[7]。然而，其木材内部含有硅石和树胶，胶黏性能差[8]。若不进行脱树胶处理，就会如同松木溢脂[9-10]树胶外溢，污染产品表面，影响产品质量。长期以来，许多国内外学者致力于松木脱脂技术的研究，并探索出多种脱脂方法[11-25]。物理法脱脂中，高温湿热蒸汽处理加干燥能有效去除松节油和水分，是比较有效的脱脂方法。但对脱胶技术的研究未见报道。广东某企业生产龙脑香地板，产品表面出现不均匀的深色“溢胶痕迹”，影响了产品质量。企业参考蒸煮脱脂技术，对龙脑香木材采用“先蒸煮后干燥”的工艺，产品表面质量有了很大提高，但产品颜色变深，且蒸煮工艺消耗了大量能源，并增加了后期废液的处理费用。本文对“脱胶干燥一体化”的干燥工艺进行研究，旨在通过调整工艺减少地板表面“溢胶痕迹”，获得与该企业现行“先蒸煮后干燥”工艺生产的地板同等的表面质量，且木材表面颜色更接近于天然材。

1 材料与方法

1.1 材料

龙脑香（Dipterocarpus spp.）木材，产地缅甸，规格970 mm（长）×147 mm（宽）×24 mm（厚），初含水率为35%～50%，取自于宜华生活科技股份有限公司生产的地板毛料。

1.2 设备

试验主要仪器与设备：电热鼓风干燥箱（型号DHG-9245A），上海一恒科学仪器有限公司；电子天平（型号BSA224S-CW），德国赛多利斯股份公司；1m3可程式恒温恒湿箱（型号TSB050），泰仕特仪器（中国）有限公司。

1.3 试验方法

龙脑香木材的干燥脱胶方法参考松木干燥脱脂法[17]。糖类物质是树胶的主要成分，易溶于水，在木材含水率高于纤维饱和点的高含水率阶段，使木材温度升高，在高温和自由水共同作用下，树胶很容易溶于水中，黏度降低，流动性增强。因此要求龙脑香木材初含水率在纤维饱和点以上，这不仅有利于树胶的溶解，同时使木材内部的水分扩散系数达到最大，且保持恒定[22]。

研究采用在木材干燥初期，预热处理阶段，通过调整干燥介质温度、湿度对木材进行脱胶处理。预热处理后的干燥过程采用上述企业现行的24 mm厚龙脑香干燥基准（见表1）。

采取通过3 次试验，调整预热处理温、湿度和保持时间，探究合理的预热处理参数。3 次预处理试验方案见表2。

干燥结束后，严格按照企业标准进行定长、定宽、定厚、开槽、开榫、涂漆等工艺过程，将干燥后的地板毛料加工成成品地板。参照企业现行的“先蒸煮后干燥”加工地板工艺生产的地板表面“溢胶痕迹”程度，观察每次试验的地板表面“溢胶痕迹”情况，以此调整预热处理的温、湿度和保持时间，最终获得优化的“脱胶干燥一体化”干燥工艺。

以企业现行加工地板工艺生产的地板表面“溢胶痕迹”程度作为合格的判定标准，来判别每次试验的成品地板表面是否合格。本文产品合格率是指 “溢胶痕迹”合格的地板数量与试验地板数量的百分比。

为叙述方便，下文将企业现行的“先蒸煮后干燥”加工地板的工艺定义为原工艺，将“脱胶干燥一体化”加工地板的工艺定义为新工艺。

表1 龙脑香木材干燥基准Tab.1 Drying schedule of Dipterocarpus spp. wood

参考企业现行24 mm厚龙脑香地板毛料蒸煮工艺，温度85 ℃、蒸煮时间24 h，规定了表2 中预热温度80～90 ℃，预热总时间不低于24 h。表2 中高温高湿阶段（HTHH）相对湿度高达94%，目的是为了提高干燥介质与木材之间的换热系数，加快木材的升温速度，提高木材心部最终温度，便于树胶最大限度地溶于自由水中。低温低湿阶段（LTLH）相对湿度为84%，以使木材表面有少量水分蒸发，木材表面产生一定毛细管张力梯度，促使木材内部含有树胶自由水缓慢地移动到木材表面，达到预热处理阶段脱胶的目的。然而，毛细管张力不能过大，否则会使木材内部纹孔闭塞，使含有树胶的自由水不能顺利通过纹孔。

表2 预热处理参数Tab.2 Drying preheating parameters

表2 中3 次试验方案主要差异在于，是否有干燥介质温度高低温循环、循环次数及高温高湿阶段和低温低湿阶段保持时间的分配。

2 结果与分析

2.1 工艺分析对比

表3 数据是对未经蒸煮处理的24 mm厚龙脑香地板毛料，按照表1 中预热处理换成表2 参数的干燥基准干燥后，采用企业现行地板加工工艺生产的地板测试数据。其中，第一次试验的地板表面“溢胶痕迹”的合格率最低，这可能是由于预热处理时间短，木材内部还有大量的树胶未来得及溶解于自由水中，就进入干燥阶段，自由水减少，木材内部的树胶从自由水中析出、固化，停留在木材内部。

基于第一次试验经验，第二次和第三次试验中预热处理温度采用了高低温循环、循环次数为3 次的方法，预热时间加长（见表2）。高温高湿阶段的作用是使树胶溶于自由水，低温低湿阶段则是使含有树胶的自由水向木材表面移动。第二次和第三次试验的地板表面“溢胶痕迹”合格率有所增加，且第三次试验的合格率最大，达到95%。由于预热时间的加长，木材内部树胶最大限度地溶于自由水中，木材内含物降低，堵塞纹孔被打通，使得导管通畅，提高了细胞的渗透性，疏通了木材内部水分移动通道，有利于含有树胶的自由水的移动。由于高低温循环的作用，木材厚度上形成了内高外低的温度梯度，在保证木材内部含水率梯度不大的条件下，使木材内部含有树胶的自由水快速向表面移动，达到高效脱胶的目的。循环次数增加是为了木材内部树胶更充分地移动到木材表面。第三次试验中提高了低温低湿阶段的保持时间，主要是为含有树胶的自由水向表面移动的时间更充分，更加充分地利用温度梯度的作用，这是合格率显著提高的主要原因。

3 次试验的干燥周期都远远低于对照组，主要是由于对照组木材在蒸煮过程中提高了木材的初含水率，相比3 次试验木材的初含水率高很多。另外，3 次试验中的预热处理的温度高于对照组，且第二次和第三次试验中预热处理温度采用高低温循环的方法，加快了木材内部水分移动速度，从而大大缩短了干燥周期。

从地板成品合格率来看，3 次试验中，第三次试验的预热处理参数较佳。因此，可以以第三次试验的预热处理工艺作为龙脑香地板毛料“脱胶干燥一体化”优化处理工艺。

2.2 表面质量对比

如图1 所示，新工艺的成品地板与对照组比较，目视“溢胶痕迹”外观质量没有明显差别。

图1 对照组与新工艺成品地板表面“溢胶痕迹”质量对比Fig.1 Comparison of face spilled balsam between control group floor and new process floor

新工艺成品地板漆膜附着力略小于对照组（如图2），说明新工艺脱胶程度比对照组小，新工艺还需要进一步优化。本研究制定的“脱胶干燥一体化”干燥工艺基本能够达到企业的要求。

图2 对照组与新工艺成品地板漆膜附着力对比Fig.2 Comparison of adhesion of film for grid method between control group floor and new process floor

3 结论

研究以“脱胶干燥一体化”的干燥工艺，改善地板表面“溢胶痕迹”，得出主要结论如下：

1） 温度梯度对龙脑香木材脱胶作用影响显著。

2） 预热处理温度采用3 次高低温循环，其中高温高湿阶段温度90 ℃、相对湿度94%；低温低湿阶段温度80 ℃、相对湿度84%。第一次循环高、低温阶段时间分配，高温保持时间为16 h、低温保持时间8 h；第二次循环高、低温阶段时间分配，高温保持时间为14 h，低温保持时间10 h；第三次循环高、低温时间分配，高温保持时间为12 h，低温保持时间12 h。以此预热过程替代表1 中预热处理后的干燥工艺作为厚度24 mm的龙脑香木材“脱胶干燥一体化”工艺。按照该工艺生产的龙脑香成品地板表面“溢胶痕迹”质量合格率可达到90%以上。

3）研究表明高低温循环处理方法可行，但预热处理工艺还有待进一步优化，同时高温高湿处理龙脑香木材对树胶溶于自由水的机理及定量分析，还有待深入研究。