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木質(zhì)材料研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)(1)
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木材由裸子植物和被子植物的樹(shù)木產(chǎn)生，具有豐富的生物多樣性。樹(shù)木生長(zhǎng)是一個(gè)復(fù)雜而協(xié)凋的生物化學(xué)過(guò)程，通過(guò)光能利用二氧化碳、水分和礦物等使自身發(fā)育成一個(gè)粗大的有機(jī)體，木材就是樹(shù)木營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的主要產(chǎn)物。木材的形成是吸收二氧化碳、固碳并釋放氧氣的過(guò)程，有利于改善生態(tài)環(huán)境。
木材作為傳統(tǒng)的材料，一直為人類所利用。隨著自然資源和人類需求發(fā)生變化和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，木材利用方式從原始的原木逐漸發(fā)展到鋸材、單板、刨花、纖維和化學(xué)成分的利用，形成了一個(gè)龐大的新型木質(zhì)材料家族，如腔合板、刨花板、纖維板、單板層積材、集成材、重組木、定向刨花板、重組裝飾薄木等木質(zhì)重組材料，以及石膏刨花板、水泥刨花板、木／塑復(fù)合材料、木材／金屬?gòu)?fù)合材料、木質(zhì)導(dǎo)電材料和木材陶瓷等木基復(fù)合材料。
木質(zhì)材料在建筑、家具、包裝、鐵路等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。在不可再生資源日益枯竭、人類社會(huì)正在走向可持續(xù)發(fā)展的今天，木材以其特有的固碳、可再生、可自然降解、美觀和凋節(jié)室內(nèi)環(huán)境等天然屬性，以及強(qiáng)度-重量比高和加工能耗小等加工利用特性，將為社會(huì)的可恃續(xù)發(fā)展做出顯著貢獻(xiàn)。與其他材料相比，木材具有多孔性、各向異性、濕脹干縮性、燃燒性和生物降解性等獨(dú)特性質(zhì)，如何更好地利用這些特性和最大限度地限制其副作用，是木材科學(xué)家和工程技術(shù)專家長(zhǎng)期努力解決的主要問(wèn)題。近年來(lái)林學(xué)家也積極參與木材科學(xué)研究，從樹(shù)木的遺傳學(xué)角度認(rèn)識(shí)和改良木材的基本特性。
－、木質(zhì)材料的研究現(xiàn)狀
木質(zhì)材料的研究開(kāi)發(fā)與資源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的發(fā)展密切相關(guān)，木材學(xué)、木材化學(xué)加工學(xué)、木制品先進(jìn)制造技術(shù)、木基復(fù)合材料、木質(zhì)重組材料、木質(zhì)生態(tài)環(huán)境材料和木結(jié)構(gòu)工程學(xué)等研究領(lǐng)域比較活躍。
1.木材學(xué)
木材學(xué)主要是用生物學(xué)理論研究樹(shù)木生長(zhǎng)的技術(shù)問(wèn)題，重點(diǎn)研究木材材質(zhì)、材性與生物形成和加工利用的關(guān)系。在提高木材形成速度的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究分子遺傳標(biāo)記、木素基因轉(zhuǎn)移、木素形成基因分離和克隆、木材主要性質(zhì)的基因定位、木材纖維分子數(shù)量遺傳學(xué)等遺傳改良技術(shù)，提高木材基本性質(zhì)的遺傳穩(wěn)定性；研究樹(shù)木立地條件、初植密度、施肥、間伐、修枝等樹(shù)木生長(zhǎng)改良條件對(duì)木材性質(zhì)和質(zhì)量的影響；研究木材生長(zhǎng)應(yīng)力的形成和釋放；以及研究開(kāi)發(fā)立木染色和方形樹(shù)的培育技術(shù)。
隨著木材資源從以天然林為主向人工林轉(zhuǎn)變，竹材、藤材和其他禾本、草本植物資源已成為木材資源的重要補(bǔ)充，因此，必須運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)理論和方法，深入研究木材的微觀結(jié)構(gòu)、成分及其與性能的關(guān)系，為開(kāi)發(fā)新的生物材料奠定科學(xué)基礎(chǔ)。重點(diǎn)研究領(lǐng)域有：人工林木材的幼齡材與天然林木材的成熟材的比較生物學(xué)、比較解剖學(xué)、比較物理學(xué)、比較化學(xué)和比較力學(xué)；植物材料的基本特性與細(xì)胞璧超微結(jié)構(gòu)的關(guān)系；與藻類、菌類細(xì)胞壁的形成和分解有關(guān)的各種酶的分布和調(diào)節(jié)；定量化研究木材植物組織特征；木材生物活性物質(zhì)的抗菌性、抗蟲(chóng)性、抗癌性、香味，對(duì)動(dòng)物的生理作用和藥理作用，對(duì)無(wú)機(jī)礦物材料的促凝和緩凝作用，可生物降解性。如用熱成像方法研究木材應(yīng)力-應(yīng)變分布、水分-應(yīng)變的關(guān)系以及木質(zhì)材料均勻性；用非線性理論研究木材流體流動(dòng)機(jī)理；用輥壓／水壓和熱定型技術(shù)，對(duì)軟質(zhì)木材進(jìn)行硬化定型處理；用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)對(duì)木材分等級(jí)、檢測(cè)木材表面質(zhì)量和缺陷；開(kāi)發(fā)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，提高變異性較大的木材的使用安全性；用ｘ射線成像方法檢測(cè)木材蟲(chóng)害程度和防蟲(chóng)效果；用動(dòng)力學(xué)方法檢測(cè)木材的彈性力學(xué)性質(zhì)；用紅外線檢測(cè)方法監(jiān)測(cè)城市古樹(shù)的穩(wěn)定性等。
2.木材化學(xué)加工學(xué)
木材化學(xué)處理方法研究特別注重安全性和經(jīng)濟(jì)性，綜合考慮毒性、效力、溶解性和適用性，從木材的使用前處理延伸到加工前處理和使用后修復(fù)。重點(diǎn)研究的領(lǐng)域有：無(wú)毒抗流失硼制劑的固著性，開(kāi)發(fā)快速透人型低有機(jī)揮發(fā)物的水基殺蟲(chóng)劑和殺菌劑（膏劑、乳液、硼棒、蒸氣等形式）；研究透氣性木材涂料；提煉并合成木材天然防腐劑；引人生物防護(hù)技術(shù)，研究木材共生菌對(duì)木腐菌的抑制作用；木質(zhì)防火材料從難燃擴(kuò)大到準(zhǔn)不燃。
木材化學(xué)利用技術(shù)擴(kuò)展到氣化、液化、塑化、化學(xué)改性、漂白、染色，以及木材成分的利用及非木材植物材料的利用。重點(diǎn)研究植物高分子的結(jié)構(gòu)和物理性能的關(guān)系；酶在植物材料轉(zhuǎn)換中的作用；纖維素和木素均為碳水化合物，將大分子裂解為人體酶可降解的小分子，有可能開(kāi)發(fā)出新的木本飼料；將木素進(jìn)行堿抽提和酸中和后，可以制取木素碳纖維（圖1）；用強(qiáng)酸、酚類或多烴基醇使木材液化，可以充分利用廢棄木材，其產(chǎn)物可以作為多涇基化合物直接制蚤新的可生物降解的泡沫材料和酚醛樹(shù)脂，部分取代石油產(chǎn)品，具有可生物降解的優(yōu)點(diǎn)。
3.木制品先進(jìn)制造技術(shù)
木制品先進(jìn)制造技術(shù)在傳統(tǒng)的木材機(jī)械加工學(xué)基礎(chǔ)上，不斷吸收機(jī)械、電子、信息及現(xiàn)代化管理技術(shù)等領(lǐng)域的成果，學(xué)科延伸擴(kuò)大到木制品產(chǎn)品設(shè)
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