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木材科学前沿研究与技术创新案例解析

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杨忠黄荣凤唐启恒王小青

自古以来，木材与人类的生活息息相关，对人类文明和社会进步做出了巨大的贡献。从“钻木取火”到“木炭能源”，从“构木为巢”到“建筑文明”等，人类对“木”的研究和使用，开启了人类文明之窗。木材是四大材料（木材、钢材、水泥和塑料）中唯一可再生及可循环利用的天然材料。

1.木材科学前沿研究

在大多数人们的印象中，木材工业是简单、粗犷、劳动力密集型、技术含量不高的行业。但目前的木材科学前沿研究显示，古老神秘的木材也可以“高大上”。在近期木材科学前沿研究的成果中，除了超强木材，还有木材海绵、透明木材等等。

1.1超强木材

世界顶级权威科学杂志《自然》（Nature）在2018年2月8日首次刊登了有关超强木材的文章，“Processingbulknaturalwoodintoahigh-performancestructuralmaterial”（将天然木材加工成高性能结构材料的技术）。由UniversityofMaryland，CollegePark（美国马里兰大学）华人科学家胡良兵教授团队研发的超强木材，是一种新型木材，这是一种将天然木材加工成高性能结构材料的技术。超强木材能显著增加木材的强度和韧性，其强度能提高11倍，密度提高3倍（达到1.3g/cm3），比强度（强度与密度的比值）超过众多金属和合金材料（达到422.2±36.3MPacm3g?1）。

超强木材制备的三个主要步骤是：部分去木素、加热压缩密实、多层交错层积。

1.2木材海绵

木材海绵是另一项木材科学前沿研究成果，美国的《Science》首先对其进行了报道，引起了世界关注，称其为2018年度20大新材料之一。我国的CCTV新闻直播间也对该成果进行了详细报道。木材海绵（woodsponge）是一种具有多孔结构的木材，可再生、可降解，比表面积大，吸收能力强。木材海绵特别适合应用于对海洋油质污染物的吸收。吸收剂的物理吸收是最有希望的污水处理方法，因其易操作、成本效益高、生态友好，而且吸油性能超强，还可重复使用。之前的重力分离、离心分离、浮选、生物修复、原位燃烧、电化学等进行油水分离的方法，具有分离效率低、二次污染大、成本高等缺点。木材海绵（硅烷化）的吸油性能达16–41g/g，可通过挤压排油的方法回收吸附的油，经过多次挤压吸油量仍然能基本保持。

1.3透明木材

透明木材是把天然木材经过脱木素、树脂填充等的物理、化学处理加工后而形成的透光率很高的木材，尺寸为50×50×3mm的横向透明木材，透光率可高达90%，纵向透明木材透光率可达80%。透明木材的强度也较高，纵向透明木材的断裂强度和模量分别为45.38MPa和2.37GPa。中国林科院木材工业研究所唐启恒博士必威体育精装版研制成的透明木材保留了木材原有结构，透光率达到90%，耐水解、抗耀眼;该柔性透明木材薄膜制备方法简单、高效、低成本，大大优于传统的石油基薄膜、纳米纤维素薄膜材料;涂AgNWs，其透光率（80%）和面电阻（11Ω/sq）等同于市售氧化铟锡（ITO）电极，有望应用于柔性透明可穿戴电子材料。

1.4其他前沿研究

目前，木材行业在进行的其他前沿科学研究还有：太阳能蒸汽发生器;超级电容器/电池电极材料;催化剂载体（过滤膜）等等。

2.创新技术案例解析

2.1木地板UV-LED光固化技术

未来的木地板制造将会采用不断创新的技术，其中UV-LED光固化技术将会给木地板的生产制造带来创新的发展。

UV-LED光固化技术优点：不产生臭氧;即开即用，加工效率高;LED光源能耗更低;更易打磨和修补;不易引起板件鼓泡;综合成本更低。与传统灯具的性能对比见表1。

UV涂装的优点：

不含挥发性溶剂、高固体份，对环境无污染;快速固化，生产占地小，效率高，利于流水作业;能源利用率高，能耗低，较传统的热固化涂料节省约90%的能耗;交联固化形成的漆膜综合性能优秀。

目前，木地板UV涂料光固化技术已经在实木地板、实木复合地板生产中得到了应用，UV涂料固化其技术成熟，产品质量好。但LED-UV在家具制造中虽然已有应用，但因其需要对涂料和设备进行改造，造成了成本上升;部分性能指标还尚需提高;而传统UV其成熟的技术会对新技术的推广应用产生一定的阻力。

2.2层状压缩木

由中国林科院木材工业研究所黄荣凤研究团队研发的层状压缩木是由原木锯解成锯材经压缩后制成。压缩分表层压缩、中间层压缩、中心层压缩。

层状压缩木的生产加工技术属物理改性技术，无化学污染，其表层密度可提高1.8倍以上，硬度提高2.4倍以上。

层状压缩木的应用前景可期，其压缩位置可控，压缩厚度可控，适用于所有低密度的针阔叶材树种。我国拥有丰富的