树木成材后需经采伐、制材、干燥保护和改性等功能性改良加工后，才能应用到后续的木制产品深加工上。
木材常规干燥是目前工业上最常用的干燥方法，但是对于某些特殊用途、特殊树种的木材，选用一些预处理及特种干燥方法更加适合。
这样既能保证木材的干燥质量，又能够缩短干燥周期，例如高频真空干燥、二氧化碳干燥以及木材冷冻干燥。其中，冷冻预处理及冷冻干燥在木材加工和干燥中已有应用。
01 冷冻干燥是什么
冷冻技术主要是运用制冷系统或者在大气低温环境下将制品中的水分进行冻结，在不同的工业领域中所需冷冻温度有所不同。
其最终目的是使制品细胞中的自由水以及少量结合水冻结成冰晶，依靠自身或者施加的外部力量将水分升华，可成功运用在干燥领域中，保存甚至提升制品的优良品质。
冷冻技术主要运用在食品工业、制药工业以及生物科技领域，在木材工业中应用较少。在食品工业中，可以通过冷冻干燥保持食品或蔬菜的颜色、香味、即时特性和营养价值。
冷冻技术在木材工业中主要应用于考古木质文物干燥及易皱缩木材的干燥。冷冻干燥在操作过程中需要对木材进行预冻处理，预冻过程中的木材细胞腔内的水冻结成冰，体积膨胀，会破坏纹孔膜等微观结构，能改善木材的渗透性。
此外，冷冻过程中木材内部的冰直接升华为水蒸气，不产生液体毛细管张力，能够有效减少木材的皱缩、塌陷及降解，并且改善木材特性。
02 木材冷冻的预处理实践
一些研究表明，木材预冻能够减小干缩、皱缩，且能提高干燥速率，但其力学性能和加工工艺性能几乎不变。
预冻能够减小木材收缩的主要原因是细胞壁内的水迁移并变成细胞腔内的冰冻水，水分从细胞壁流失产生“冷收缩”；
此外，细胞腔内自由水的冻结产生膨胀，进而对细胞壁产生压应力，伴随着水分的减少细胞壁变得更脆，进而导致木材收缩减小。
因为预冻能够减小干缩及皱缩，且能够提高干燥速率，所以预冻处理可以应用在木材改性方面。
木材需经过良好的干燥后才能用在家具、地板及木建筑中，这样能够有效地减少制成品中木材的变形、开裂、腐朽及虫蛀等问题。
当前，木材干燥生产中常规窑干因其干燥质量好、综合优势明显，依然是当前应用最广泛的干燥方法。但是，某些特种干燥能够弥补常规干燥的缺陷和不足，尤其是冷冻干燥，在低温的条件下使木材中的水分升华，能够有效保持木材原有结构和颜色。
冷冻干燥在木材干燥中的应用分为两类：1）原木在达到饱和含水率时在低温下进行冷冻预处理，然后结合其他方法进行干燥，如常规干燥、微波干燥等。2）预冻处理后的木材直接进行真空冷冻干燥，在相对压力较高的真空下使冻结水升华，达到干燥木材目的。
03 木材冷冻干燥的原理
冷冻干燥过程主要涉及水的3种状态的转变、细胞内部结构物质的改变、水分流动通道的增多。目前的研究主要集中在冷冻干燥减少木材皱缩的机理上。木材细胞皱缩通常有两个条件：1）干燥过程自由水迁移产生的毛细管张力；2）木材细胞气密性好且纹孔直径足够小。
冷冻干燥过程需将温度控制在低于水的三相点以下，干燥过程水蒸气从木制品中升华出去，水分没有由冰转换为水，不经历水的液相，避免形成气-液界面，从而使毛细管力得到消除。
因此，冷冻干燥能够消除木材细胞皱缩的第一个条件，进而抑制细胞皱缩。其次，木材冷冻干燥前需要对木材进行预冻，预冻过程中木材细胞腔内的自由水因结冰而膨胀，体积变大，破坏了纹孔膜及木材的薄壁细胞组织，进而改善了木材细胞的气密性，即改善了木材的渗透性。
冷冻干燥在木材上的应用还有很长的路要走，为了促进冷冻干燥技术在木材干燥领域的应用落地，未来可聚焦在以下方面：预冻及干燥过程热质传递机理；冷冻干燥工艺，尤其是联合干燥工艺；开发出适合于木材的冷冻干燥设备
信息来源：鲁班园
