马尾松木材糠醇树脂改性技术及机理研究

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tgw2000
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木材是一种天然的吸湿性材料,尺寸不稳定、容易变形,长期在户外使用容易腐朽或霉变,甚至完全丧失性能。因此,对木材进行改性,改善其力学性能、尺寸稳定性和抗生物侵蚀性能,是拓宽木材用途、延长使用寿命,缓解木材供需矛盾的重要途径。木材糠醇树脂改性技术是一种环境友好、产品性能极具市场竞争力新兴改性技术,在部分欧美国家正进入商业化运行阶段,但在国内的研究还几乎是一个空白。本文以人工林马尾松木材为研究对象,在国内首次开展木材糠醇树脂改性技术研究。研究内容主要包括以下3个部分:1)快速筛选糠醇改性溶液的高效催化剂,并通过实验提出具有自主知识产权的改性溶液配方;2)以自主开发糠醇处理液配方为研究对象,系统研究糠醇树脂改性关键处理工艺参数,探索较优的处理工艺,并与国外的主流商业配方处理效果进行对比;3)应用先进手段研究糠醇树脂在木材内部的分布及与细胞壁组分之间的作用。主要研究结果如下:1)糠醇改性溶液配方的筛选和确定催化剂A/B复配显示了良好的效果,即延长了常温储藏时间同时又缩短了糠醇树脂固化时间。差示热扫描量热仪(DSC)测试结果显示放热峰、固化所需时间与马来酸酐相差不大。糠醇树脂改性效果与催化剂含量及活性关系较大。2)马尾松糠醇树脂改性工艺优化从马尾松木材增重率(WPG)的总体影响来看,马来酸酐对糠醇树脂的催化活性优于催化剂A/B。经糠醇树脂改性后的马尾松木材平衡含水率降低显著,催化剂A/B和马来酸酐相差不大。尺寸稳定性改善显著,就固化温度和固化时间变量而言,催化剂A/B显示了同马来酸酐催化剂相似的效果甚至更优。抗弯强度和模量改善不显著,顺纹抗压强度有较大改善。综合物理力学性能,催化剂A/B糠醇改性配方的优化工艺为:糠醇浓度50%,固化温度95℃,固化时间8h。经木材天然耐久性测试后发现糠醇树脂改性马尾松质量损失率均小于5%,防腐等级均达到I级;经过三种霉菌侵染2个月后发现糠醇树脂改性马尾松木材表面丝毫未长霉菌,被害值均为0,糠醇树脂改性技术在防止马尾松木材霉变效果上作用突出,且较低负载率即可获得较好的防霉防腐效果。3)糠醇树脂改性马尾松机理研究通过纳米压痕测试得知糠醇树脂改性技术对马尾松木材细胞壁模量和硬度都有较好的提高,其中自主催化剂相对马来酸酐催化剂显示了良好的细胞壁改性效果。激光共聚焦显微镜很直观的观察到细胞壁内部的糠醇树脂主要集中在细胞腔和细胞角隅,胞腔的树脂荧光亮度比细胞壁中强。通过13CNMR谱图发现,经糠醇树脂改性后的马尾松木材相对马尾松素材和糠醇聚合物并没有增加新的化学位移。不能确定糠醇树脂与马尾松木材发生了化学嫁接。
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