114 高普考普通考試 林業技術 林產學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查兩個相連的觀念：環境調和型材料的判準，以及木材如何透過再使用、再製造與階層式利用，減少資源消耗並延長材料留在使用循環中的時間。

環境調和型材料，是指從原料取得、製造、運輸、使用到使用後處理的整個生命週期，能降低資源消耗與環境負荷，並有利於再使用、回收或妥善處理的材料。評估時可掌握四項條件：

1. 資源可再生或可循環利用：原料能再生，或材料可回收再製；製造時的原料與能源消耗宜少。
2. 生命週期環境負荷低：包括原料取得、製造、運輸、使用及廢棄處理等階段，對環境造成的負荷較低。
3. 廢材可再利用於其他用途：使用後的材料仍有再使用或再製成其他產品的價值。
4. 廢棄處理負荷低：最終廢棄時，污染、廢棄物量及處理所需資源宜低。

木材來自可永續經營的森林時，具有可再生性；使用期間也能將生物源碳留存在木製品中。若再配合回收利用，可減少新原料需求及廢棄處理負荷，因此具環境調和材料的特性。

解題方法

作答可先列出環境調和型材料的生命週期判準，再按木材由高價值到低價值的順序，說明木材如何被多次利用。木材「再資源化」的重點不只是把廢木材打碎回收，而是盡量先延續原有產品或材料功能，再逐步轉作其他用途，形成階層式利用（cascade use）。

木材可依下列流程延長使用年限：

1. 延長原產品壽命：透過適當設計、保養、修繕與防腐處理，延後木製品汰換，延長其服役時間。
2. 直接再使用：拆除或汰換後仍完整、品質良好的木材，可經檢查、除釘、修整後，作為梁柱、地板、門窗、家具或其他木製品使用。這能保留木材原有形態與功能，通常比粉碎再製更能維持材料價值。

核心觀念

本題考查木材細胞壁的化學組成、層次分布，以及纖維素微纖維角度如何影響木材的力學與乾縮性質。三大主成分是纖維素、半纖維素與木質素；它們在細胞壁各層的比例並不相同。次生壁中，S2 層最厚，因此其微纖維排列對木材整體性質的影響最大。

微纖維角（microfibril angle, MFA）是指纖維素微纖維方向與細胞長軸之間的夾角。角度愈小，微纖維愈接近細胞長軸方向。

解題方法

依序說明三件事即可完整作答：先交代三大成分的分子結構與主要功能，再指出它們在細胞壁中的分布差異，最後比較 S1、S2、S3 的微纖維排列及其對木材性質的影響。描述排列時，以「各層厚薄與微纖維角度」為主軸，並將 S2 層的角度和縱向力學性質連結。

三大主成分的結構特性與分布

1. 纖維素

纖維素是由葡萄糖以 β-1,4 鍵連接而成的直鏈多醣。多條纖維素分子鏈平行排列，透過氫鍵形成結晶性高的微纖維，提供細胞壁主要的抗張強度與剛性。

纖維素主要存在於次生壁，尤以厚度最大的 S2 層含量與結構貢獻最為顯著。它也存在於初生壁，但初生壁中的纖維素排列較不規則。

2. 半纖維素

半纖維素是多種異質多醣的統稱，常見者包括木聚糖、甘露聚糖、葡萄甘露聚糖等。它的分子鏈較短、支鏈較多，結晶性低於纖維素，常分布於纖維素微纖維周圍，與纖維素及木質素形成連結與基質。

半纖維素分布於細胞壁各層，整體而言較纖維素分散；不同樹種、組織及壁層的含量會有差異。針葉樹常見較多半乳葡萄甘露聚糖，闊葉樹則常見較多木聚糖。

3. 木質素

木質素是由苯丙烷類單體聚合形成的芳香族高分子，主要由愈創木基（G）、紫丁香基（S）及對羥苯基（H）等結構單元構成。木質素填充於細胞壁多醣基質中，使細胞壁較硬、較不易受水影響，也有助於細胞間的黏結。

木質素在複合中膠層中特別豐富；複合中膠層包含中膠層與相鄰初生壁，是相鄰細胞黏結的重要區域。木質素也存在於次生壁，但各壁層含量不同，通常 S3 層的木質素比例較低。整體而言，木質素較多分布於細胞間層與壁層基質，纖維素則形成細胞壁的骨架。

S1、S2、S3 層的微纖維排列與木材性質

次生壁由外向內依序為 S1、S2、S3。三層微纖維大致採螺旋排列，但螺旋角度與方向不同。

核心觀念

木材防腐的目的，是降低真菌、昆蟲等生物侵害木材所造成的腐朽、變色、蛀蝕與強度損失。答題要分成兩部分：先列出主要生物性危害因子，再依防腐藥劑的載體分類，舉出代表性藥劑。

木材防腐藥劑含有防腐菌、防蟲或防黴等有效成分，並以載體將藥劑帶入木材。依 CNS 14495 的分類，可分為油性、水溶性、乳化性及油溶性四類。

解題方法

先按危害生物的種類整理危害因子，再按藥劑的載體與類型列出代表藥劑。如此可避免把「防腐藥劑的化學成分」與「藥劑的載體分類」混為一談。

一、木材主要的生物性危害因子

1. 真菌：包括腐朽菌、變色菌及黴菌。腐朽菌分解木材主要成分，造成重量與強度下降；變色菌、黴菌則常造成外觀變色或表面污染。腐朽通常需有適當水分、氧氣與溫度，因此控制木材含水率也是重要的防護方式。

2. 昆蟲：主要包括蛀木昆蟲，例如粉蠹蟲、天牛等，其幼蟲蛀食木材，形成蟲孔與蛀道，降低木材完整性。

3. 白蟻：白蟻會取食木材中的纖維素，可能由內部蛀蝕，使木材外觀尚完整、內部已受損；地下白蟻尤其常造成建築木構件與接觸土壤木材的危害。

4. 海生木材鑽孔生物：木材用於海水環境時，可能受船蛆、海生甲殼類等鑽孔生物侵害，形成孔洞並削弱構材。

二、木材防腐藥劑類型與代表藥劑

核心觀念

木竹生質物主要由纖維素、半纖維素與木質素構成。熱化學轉化是以熱分解或氧化反應改變其化學組成，藉由控制氧氣供應量、溫度、加熱速率、停留時間與反應介質，使產物偏向固體炭、液體油品或可燃氣體。

可先用氧氣供應量判斷反應方向：

• 無氧或缺氧加熱：以焙燒、炭化、熱裂解為主，產生固體炭、液體冷凝物與氣體。
• 有限氧氣或蒸汽等氣化劑：使生質物部分氧化、裂解，主要產生合成氣。
• 足量氧氣：完全燃燒，主要取得熱能，產生二氧化碳、水蒸氣與灰分。
• 含水加壓反應：以水熱碳化或水熱液化為主，適用於含水原料，分別以水熱炭或生物原油為主要產物。

解題方法

題目要求同時交代「主要技術類型、操作條件及其產物」，宜採用「依反應環境分類，再逐項配對溫度、時間與產物」的方式作答。答題時應指出各技術的主要目標產物，並說明條件會隨反應器、原料粒徑與含水率而變化。

各項技術、操作條件與產物