硅酸钠浸渍改性杨木木材表面特性研究

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lindan1982
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杨木(Populus tomentosa)具有成材率高、质量轻、强度高、弹性好、易于机械加工等优点,常用于家具、地板、建筑材料、室内装饰材料等领域。本文以速生毛白杨为研究对象,无机盐(硅酸钠)为改性试剂,通过真空加压法制备了硅酸钠浸渍改性杨木。硅酸钠进入木材细胞内部会与木材中所含的木质素、抽提物等发生化学反应,对杨木表面性能产生一定影响,因此研究硅酸钠对于杨木木材表面性能的影响非常重要,其研究结果对杨木在家具建材、室内装饰用材之中的应用提供一定的技术和理论指导。主要结论如下:(1)硅酸钠浸入显著提高了杨木的物理力学性能。相比于未改性材,浸渍处理3h时的改性材,其增重率提高至42.15%,密度从未改性材的0.455 g/cm3提高到0.672 g/cm3,抗压强度提高了 76.19%,端面硬度、弦面硬度、径面硬度分别提高了 82.22%、55.05%、55.96%,径切面、弦切面的磨损量分别降低了 46.99%、41.81%。通过扫描电子显微镜、X-射线衍射和X-射线光电子能谱对改性杨木微观形貌、结晶结构、化学结构的变化进行分析。研究表明,改性杨木的端面和径面可明显看到填充的硅酸钠固体成分,随着浸渍时间延长,浸入杨木内部的硅酸钠固体成分也就越多,对杨木内部孔隙起到了物理填充作用。硅酸钠改性处理未改变杨木的晶胞结构,但改性杨木的结晶度有一定程度的降低,随着浸渍时间延长结晶度降低越明显。然而硅酸钠浸入到木材中填充了木材内部孔隙,能够承受更大的应力,因此在结晶度降低的情况下仍然能够起到强化木材的效果。改性材中不仅存在C元素和O元素,而且还存在Na元素和Si元素,表明硅酸钠可以有效地浸入到木材中,产生了 Si-O-C的化学结构并形成了氢键结合。表明硅酸钠不仅以物理形式填充,还形成了化学结合。(2)硅酸钠改性对杨木表面的色泽产生了影响。硅酸钠改性处理使得杨木表面的明度降低,使其表面明度变灰暗,但仍处于中明度区域;其颜色随着浸渍时间的延长逐渐偏向于黄绿色,且纯度也逐渐提高;经过水性和油基清漆涂饰杨木材后,其表面的颜色更加明显。硅酸钠改性使得杨木表面的纹理对比更加清晰,且杨木弦切面的纹理相比于径切面更加分散疏松,纹理间距也较大。同时,改性处理使得杨木表面的光泽度降低,且平行纹理光泽度(GZL)高于垂直纹理光泽度(GZT),两者呈线性相关;相较于未涂饰材,经过两种清漆涂饰以后,杨木表面的光泽度明显呈现多倍提高。(3)改性处理提高了杨木表面的润湿性和表面自由能。硅酸钠改性处理能够显著提高杨木表面润湿性,随着浸渍时间延长其表面润湿性逐渐变好,并且水稀释能够同时提高杨木表面的润湿性。从三种水性漆的润湿性变化分析,水性丙烯酸-聚氨酯共聚物改性漆的润湿性优于水性丙烯酸酯漆,水性丙烯酸酯漆次之,水性聚氨酯漆的润湿性相比于其他两种漆更差。改性处理使得杨木表面自由能随着浸渍时间延长而逐渐提高,其表面的极性分量、色散分量、酸碱分量均有不同程度的增加,杨木径切面的表面自由能优于弦切面的表面自由能。硅酸钠改性处理使得杨木表面漆膜附着力变差,但从改性后木材漆膜附着力的等级比可看出改性处理并不会受到过度影响,致使其漆膜附着变得更差而出现不合格品。
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