高温热处理对木材水蒸气吸附动态的影响机制研究

摘要

木材高温热处理技术使得半纤维素和纤维素非结晶区内吸湿性羟基数量减少，木材的吸湿性降低，尺寸稳定性和耐腐性能提高。该技术属于物理改性技术，对环境无害，应用广泛。但是国内外对于热处理木材水蒸气吸附机理方面的基础研究缺乏，针对这一现象，本研究旨在分析热处理杨木和辐射松水蒸气吸附机理，从分子层面解释热处理木材吸湿性降低和品质提升的根本原因。本文在200℃高温、氮气保护下，对杨木和辐射松进行热处理，时间梯度分别为4h、8h、12h和24h，以未处理木材为对照组，热处理木材为改性组。测试热处理后杨木和辐射松动态吸湿解吸过程中含水率，吸湿滞后现象变化，解吸过程中单位质量热流量与吸热量变化等，分析高温热处理不同时间梯度对杨木和辐射松木材水蒸气动态吸附性能的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴高温热处理中半纤维素的降解使得木材的失重率增加，热处理24h杨木失重率为14.5%，辐射松为8.6%；不同相对湿度饱和盐溶液中吸湿时，热处理木材的含水率和径、弦向尺寸变化率均小于对照组，且含水率和尺寸变化率随着热处理时间的延长而下降；解吸过程中，含水率从饱水到平衡状态，下降速率先大后小。⑵在95%相对湿度下，杨木和辐射松对照组的平衡含水率分别为23.6%和27.0%，热处理后，纤维素非结晶区羟基间脱出水分，生成醚键，导致热处理24h平衡含水率分别下降了23.7%和33.3%；热处理增加了杨木吸湿解吸过程的的总吸附时间，而缩短了辐射松的总吸附时间；热处理后木材的吸湿滞后现象减弱，同等条件下，热处理时长对辐射松吸湿滞后现象的影响大于杨木；对照组杨木和辐射松的最高吸湿滞后点对应的相对湿度均为70%，热处理24h后分别降至65%和60%。⑶在40℃温度，恒定相对湿度条件下解吸，和对照组相比，热处理降低了杨木一级和二级结合水的单位质量吸热量，说明热处理降低了结合水和木材结合的紧密程度，水分更容易散失；和对照组相比，热处理辐射松一级结合水单位质量吸热量减少，但是多层结合水的单位质量吸热量增加，说明热处理减少了一级结合水的解吸热量，而二级结合水的结合层数减少导致其吸热量增多；对于对照组木材，含水率越高，二级结合水汽化吸热量越多，说明单位质量二级结合水吸收热量在增加；和对照组相比，杨木热处理木材在低含水率下的二级结合水汽化吸热量多于高含水率下，说明热处理不仅减少了木材可吸附水分的总羟基数量，导致一级结合水数量减少，还降低了二级结合水的结合总量；在低含水率时，热处理杨木的二级结合水汽化热增量多于辐射松，说明二级结合水与杨木的结合较辐射松更加牢固。

目录

1绪论

1.1引言

1.2木材和水分

1.3热处理技术

1.4热处理改性机理

1.5本文研究的目的、意义和主要内容

2高温热处理木材的物理力学性能

2.1材料与方法

2.2结果与讨论

2.3本章小结

3饱和盐溶液法研究高温热处理木材含水率与尺寸变化

3.1材料与方法

3.2结果与讨论

3.3热处理前后不同相对湿度下结晶度变化

3.4本章小结

4高温热处理木材的动态水蒸气吸附性能

4.1材料与方法

4.2结果与分析

4.3本章小结

5高温热处理木材水分解吸过程中的能量变化

5.1材料与方法

5.2结果与分析

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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