防水剂/高温热处理复合改性木材的性能与表征

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高温热处理技术是一种近些年来常见的环保型的木材保护技术。经过高温热处理,木材的化学成分发生变化,从而降低了木材的吸水性,提高了尺寸稳定性和耐久性。然而,高温热处理技术也有一些无法忽视的不足,如长期防水效果不佳,力学性能明显降低,无法在接触土壤的条件下使用,防白蚁和防霉效果不佳等问题,从而限制了高温热处理材的使用范围。本研究正是针对以上不足,研制了多种适合与高温热处理技术复合改性的功能性石蜡基防水剂,制备了复合改性材,考察了改性材疏水性、尺寸稳定性、力学性能、耐生物劣化性、热稳定性等多方面的性能,并使用傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜-能谱(SEM-EDXA)、X射线衍射(XRD).低场核磁共振(LF-NMR)等多种分析手段对改性机理进行了分析。以下为所获得的主要结论:(1)本研究通过调整乳液配方和制备工艺,制备了适合于实体木材处理的纳米级石蜡乳液,平均粒径为200nm左右,且具有良好的稳定性。该乳液在南方松(Pinus spp.)中具有良好的渗透性,但在欧洲赤松(Pinus sylvestris)中渗透性不佳。使用石蜡乳液浸渍处理与高温热处理进行复合改性,结果表明,两种处理手段可以协同提高木材的疏水性和尺寸稳定性,并降低高温热处理材的金属腐蚀性,而这种协同作用主要是由于高温条件下石蜡在木材内表面的重新分布,填充了高温热处理过程中木材新形成的孔隙导致的。(2)本研究通过正交实验设计,制备了石蜡/硅烷复合乳液用于与高温热处理技术的复合改性。与使用单一的石蜡乳液复合改性相比,复合乳液复合改性材的吸水吸湿性进一步下降,表面疏水性进一步提高,这主要是由于复合乳液中含硅的有效成分可以进入木材细胞壁,并与细胞壁中的羟基发生化学反应导致的。同时,复合乳液还可以在一定程度上提高复合改性材的表面硬度和热稳定性。(3)硼酸盐预处理可以通过抑制木材的热降解减轻高温热处理材的力学性能损失。使用硼酸盐/石蜡乳液复配体系与高温热处理技术进行复合处理,可以有效地提高高温热处理材的力学性能、防霉性能和抗白蚁性能,并能改善单独硼酸盐处理处理材抗流失性差、防水性和尺寸稳定性不佳的缺点。(4)两步法浸渍处理与有机蒙脱土(OMMT)/石蜡复合乳液浸渍处理均可以将OMMT引入木材内部,并在细胞壁中形成插层结构,从而提高木材多方面的性能。使用OMMT/石蜡复合乳液与高温热处理复合改性,所获得的改性材具有良好的疏水性、尺寸稳定性、顺纹抗压强度、抗弯强度、表面硬度与热稳定性。采用先高温热处理,后复合乳液浸渍处理的工艺所获得的效果最佳。
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