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从改善木材尺寸稳定性和赋予其阻燃性出发,本文选取渗透性良好的杨木(Populus ussuriensis Kom)和渗透性较低的柞木(Quercus mongolica Fischer exLedebour)为典型试材,以氮羟甲基树脂类改性剂和阻燃剂配合处理木材。将二羟甲基二羟亚乙基脲(DMDHEU)树脂分别与磷酸脒基脲(Guanylurea Phosphate,GUP)、硼酸、磷氮硼复合阻燃剂FRW(主要成分为GUP和硼酸)、羟甲基化磷酸脒基脲(Methylolated Guanylurea Phosphate,MGUP)及其与硼酸的复配物等木材阻燃剂配合处理木材,对改性后木材的尺寸稳定性、吸湿性、力学性能、胶合与涂饰性能、阻燃性能等进行了研究和评价。 以DMDHEU树脂作为木材改性浸渍的主剂,以水为溶剂,氯化镁、柠檬酸、硼酸等分别作为催化剂,FRW、GUP、硼酸、MGUP分别作为阻燃剂,配制成木材改性溶液,通过真空加压法将改性溶液浸注到木材内,然后在120℃环境下对处理材进行干燥固定。通过增重率和固定率的测试评价浸注的效果。结果显示,DMDHEU树脂与1.5%的氯化镁、5%以内的FRW或GUP、15%以内的MGUP配合使用,可取得预期的增重率,固定率可达90%以上。这是因为树脂在高温下可以与木材组分中的游离羟基发生交联,自身发生缩聚,从而固定在木材内,同时阻燃剂被固定。DMDHEU树脂浓度在15%以内处理的试材的甲醛释放量满足国家室内强制排放标准(GB18580-2001)。为了进一步降低DMDHEU树脂处理木材的甲醛释放量,采用醚化二羟甲基二羟亚乙基脲树脂(mDMDHEU)处理杨木,并与DMDHEU树脂处理材进行了对比。结果表明,mDMDHEU处理材的甲醛释放量比并DMDHEU处理材显著降低,但是固定率明显降低,因此改善木材尺寸稳定性的作用不及DMDHEU。 DMDHEU树脂配合阻燃剂处理柞木,其抗胀缩率(ASE)达到50%,增容率(BE)达到6%左右,表明处理材的尺寸稳定性得到改善。MGUP的添加对DMDHEU树脂处理材的ASE和BE影响不大。DMDHEU树脂浓度越高,试材径向、弦向和体积全干干缩率越低,MGUP的浓度越高试材的径向、弦向和体积全干干缩率越高,但总体均较未处理材大幅度降低,即经DMDHEU树脂和MGUP处理,试材的干缩率降低。DMDHEU树脂配合阻燃剂处理试材的吸湿性有所降低,FTIR证实处理材内的羟基呈降低趋势。接触角测试表明,DMDHEU树脂和MGUP处理使水和脲醛树脂胶在处理材表面的润湿性提高,甘油的润湿性则降低。 DMDHEU树脂处理则可提高杨木的密度、抗弯弹性模量、硬度和抗压强度,抗弯强度、冲击韧性则会降低。动态弹性模量测试结果表明,DMDHEU树脂配合阻燃剂处理试材在玻璃化转变温度前储能模量大于未处理材,玻璃化转变温度后则低。柞木未处理材的玻璃化转变温区为211℃~228℃,纯DMDHEU树脂处理材为203℃~250℃,树脂添加氯化镁催化剂的处理试材为195℃~239℃,树脂添加MGUP和硼酸的处理试材为220℃~238℃。 将DMDHEU树脂处理的柞木单板用三聚氰胺改性脲醛树脂胶合制备胶合板。采用浸渍单板高温干燥固定-施胶热压胶合工艺制备的胶合板,其胶合强度比采用未处理单板降低;而采用浸渍单板常温干燥-施胶热压固定胶合工艺制备的胶合板,其胶合强度比采用未浸渍单板提高80%。添加MGUP配合DMDHEU树脂处理对木材的漆膜附着力影响不大。 采用锥形量热仪法(CONE)系统评价了DMDHEU树脂配合阻燃剂处理柞木的燃烧性能。结果表明,单独采用DMDHEU树脂处理木材,其可燃性提高,进行阻燃处理十分必要。DMDHEU树脂中加入FRW、GUP、MGUP、硼酸或者MGUP+硼酸,处理试材的阻燃抑烟性能明显提高,而硼酸与MGUP或者GUP复配的效果更佳。SEM和SEM-EDX观察表明,DMDHEU树脂和少量阻燃元素成分可能浸入了木材细胞壁,并在木材细胞壁内分散较均匀。TG实验表明DMDHEU树脂处理试材的热解温度提高,残炭量减少;添加阻燃剂,残炭量提高,热解温度降低,说明阻燃剂可能通过催化成炭而产生阻燃作用。 综上所述,采用氮羟甲基树脂配合阻燃剂处理木材,可显著提高其尺寸稳定性和阻燃性能。综合性能和成本因素,较适宜的改性剂组成为10%DMDHEU+3%硼酸+10%MGUP。