论文部分内容阅读
木材高温热处理具有反应条件可控、成本低廉、环境友好等特点,可以显著改善木材的尺寸稳定性、耐久性,是杉木等人工林木材提质增效的有效手段。作为热处理过程中最为关键的工艺参数,热处理温度对人工林杉木的物理性质、力学性质等均具有显著影响。本文重点研究热处理温度对人工林杉木各项性质的影响机制,旨在从化学成分、微观结构等角度探讨温度对杉木材性变化的作用机理。本文以人工林杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.)边材为研究对象,采用常压过热蒸汽热处理技术,固定热处理时间2h,分别在140°C、155°C、170°C、185°C、200°C、215°C、230°C和245°C共计八个温度条件对试材进行热处理。重点研究热处理温度对人工林杉木木材的的性质影响规律与机制。从热处理杉木的物理力学性质入手,揭示热处理温度对杉木物理力学性质变化的影响规律。采用湿化学分析法、热裂解气相色谱-质谱联用技术、傅立叶红外光谱和二维相关红外光谱研究热处理杉木主要化学组分、化学官能团变化与作用机制。使用扫描电子显微镜、BET氮气吸附法和X射线衍射分析法分别对热处理杉木的解剖构造、孔隙结构和纤维素晶体结构、尺寸进行研究。结合热处理杉木的物理力学性质、化学性质和微观结构,本论文主要结论如下:(1)热处理温度在140-170°C范围内,即开始对杉木的各项性质产生影响。杉木的密度、平衡含水率等物理参数均有10%以内的损失。仅半纤维素微弱降解,杉木表面无可见色差。(2)热处理温度在170-200°C范围内,半纤维素剧烈降解,杉木绝干密度与平衡含水率逐渐下降。半纤维素降解明显,初级降解产物呋喃糖明显增度,杉木表面颜色开始加深。纤维素结晶度微弱提高,杉木的抗弯力学强度变化不明显。(3)热处理温度在200-245°C范围内,杉木的密度、平衡含水率明显下降。杉木中半纤维素含量降幅达52.97%,呋喃糖降解较多,降解产物糠醛类含量明显增加。Klason木质素相对含量明显增加,木质素的结构发生变化,细胞壁中出现大量中孔、微孔结构,纤维素结晶度降低,抗弯强度损失率达19.51%。杉木表面颜色明显加深。(4)二维相关红外光谱结果显示:半纤维素特征官能团温度敏感性较强,木质素所属官能团温度敏感性次之,愈创木基单元和纤维素特征吸收峰表现出较好的热稳定性。