人工林杨木作为缓解木材市场供应需求矛盾的主要材种,由于其具有密度低、材质差、易腐朽等缺点,限制了其在室内的应用。因此通过对人工林杨木进行功能性改良,以提高其力学性能、尺寸稳定性和防腐性能具有重大意义。然而,化学改性剂的引入必然加剧室内甲醛和VOC污染。本文以脲醛树脂浸渍人工林杨木得到的强化材为研究对象,分析影响杨木强化材VOC释放的主要因子;在保证强度性能、节约生产成本和满足使用要求的前提下,兼顾其环保性能得出最优生产工艺;在最优生产工艺参数条件下,向脲醛树脂溶液中添加纳米二氧化钛、纳米二氧化硅和尿素,并结合超声技术和光催化技术处理脲醛树脂,以降低材料在使用过程中VOC和甲醛的释放量,并揭示VOC和甲醛控制技术机理,主要结论归纳如下:(1)醛类化合物和烷烃化合物是脲醛树脂处理材释放的挥发性有机化合物的主要组分,同时也检测到少量的萜烯类化合物和酮类化合物,且化合物种类不随着工艺参数和WPG的改变而发生变化。(2)工艺参数显著影响杨木强化材挥发性有机化合物的释放,这种影响作用与树脂浸渍木材的效果密切相关。随着WPG的增加,TVOC、醛类化合物、烷烃化合物和甲醛释放量显著增加,但当WPG继续增加达到一定值时,其释放量反而下降。影响VOC和甲醛释放量的WPG拐点在37.64%-44.41%范围内。(3)按照BBD实验设计,利用软件design expert分别建立杨木强化材工艺参数与力学性能、质量增重率、甲醛释放量和第28天TVOC释放量的模型,得到MOE和质量增重率的线性拟合方程以及甲醛释放量和第28天TVOC释放量的多元回归方程,方程的显著性和拟合度较好,工艺参数对以上4个响应值的显著性为树脂浓度>加压时间>加压压力。综合考虑力学性能、生产成本和环保性能,确定杨木强化材最优生产工艺参数为树脂浓度32%、加压时间2.5 h、加压压力0.89 MPa,并验证BBD优化杨木强化处理材工艺参数的可行性和准确性。(4)分别将纳米TiO2、纳米SiO2和尿素在不同的条件下与脲醛树脂共混,在最优工艺参数下制作杨木强化材,并测试其VOC和甲醛释放量以及力学性能。TiO2和SiO2的添加可以有效地降低处理材VOC和甲醛的释放、提高力学强度,添加量显著地影响强化材VOC和甲醛的去除率及力学性能。随着用量的增加,VOC和甲醛的浓度随之降低、力学性能升高,但当添加量达到一定值时,以上性能有所降低。当TiO2和SiO2添加量为0.5%时,对杨木处理材的TVOC、醛类化合物、烷烃化合物和甲醛去除效果最佳,且力学强度最佳。与未添加改性剂的脲醛树脂强化材相比,添加0.5%的TiO2后第28天的VOC和甲醛去除率分别为48.58%和52.98%;添加0.5%的SiO2后的去除率分别为21.42%和48.37%。尿素的添加可以显著地减小强化材释放初期的甲醛释放量,但随着测试时间的延长,因尿素与甲醛重新反应过程不稳定而使甲醛游离出来,导致释放后期甲醛浓度升高,几乎与未处理的脲醛树脂强化材甲醛释放量一致。(5)通过红外测试分析TiO2和SiO2添加量影响处理材环保性能和力学性能的机理,结果显示:TiO2有效地浸渍到木材当中,且在超声波和TiO2表面高活性不饱和残键的作用下,脲醛树脂的羟甲基脲(—NH-CH2OH)上的羟基更易于木材表面的官能团或羟甲基脲之间发生缩合反应,生成酰胺基,因此TiO2的添加有利于提高UF树脂的内聚力和UF树脂与木材的胶合强度;添加SiO2后,纤维素上的羟基数量减少,有利于提高木材的尺寸稳定性。(6)采用电镜/能谱仪分析TiO2和SiO2添加量影响处理材环保性能和力学性能的机理,结果显示:与素材图像相比,UF处理材图像中部分纹孔被树脂堵塞,且树脂均匀分散在导管内壁,说明导管内壁有树脂填充,可以提高木材强度,但在实验所得的增重率下,导管填充未满,可以节省生产成本;TiO2和SiO2的添加不影响脲醛树脂向木材浸渍的渗透性,低含量的纳米TiO2和SiO2分别与脲醛树脂在超声波分散作用下均匀混合,并有效的浸渍到木材中;随着TiO2和SiO2添加量的升高,能谱扫描到的Ti和Si元素百分含量也随之升高,但当TiO2和SiO2添加量分别达到0.8%和1.0%时,从电镜扫描图上可明显观察到纳米颗粒与树脂聚集形成的团状颗粒。