木材炭化机理

木材主要由纤维素、半纤维素、木质素和木材抽提物等组成。纤维素在木材细胞壁中起骨架作用，其化学性质和超分子结构对木材的强度有重要影响。纤维素中的羟基和水分子也可形成氢键，不同部位的羟基之间存在的氢键直接影响着木材的吸湿和解吸过程。大量的氢键可以提高木材的强度，减少吸湿性，降低化学反应性等，且纤维素的吸湿性直接影响到纤维的尺寸稳定性和强度。木材经过高温热处理之后，羟基的浓度减少，化学结构发生复杂的变化，使炭化木的吸湿性降低，尺寸稳定性提高，但由于纤维素聚合度的降低，氢键被破坏，使得炭化木的力学强度有所损失。半纤维素是细胞壁中与纤维素紧密联结的物质，起粘结作用，是基体物质，半纤维素吸湿性强、耐热性差、容易水解，在外界条件作用下易于发生变化，是木材中吸湿性的组分，是使木材产生吸湿膨胀、变形开裂的因素之一。木材经热处理后，多糖的损失主要是半纤维素，因而可降低木材的吸湿性，减少木材的膨胀与收缩，提高了炭化木的尺寸稳定性。又因为半纤维素在细胞壁中与木质素一起起粘结作用，受热分解后木材的内部强度被削弱。不仅削弱木材的韧性，而且也使抗弯强度、硬度和耐磨性降低。木质素贯穿着纤维，起强化细胞壁的硬固作用。木质素还是影响木材颜色的产生与变化的主要因素。木材具有不同颜色还与细胞壁、细胞腔内填充或沉积的多种抽提物有关。抽提物对木材强度也有一定的影响，含树脂和树胶较多的木材其耐磨性较高。木材经过炭化之后，发色基团和助色基团发生复杂的化学变化，抽提物部分被汽化，使得木材颜色发生改变。