异氰酸酯浸渍杨木强化材TVOC释放特性及优化工艺研究

摘要

人工速生林木的推广利用可以有效缓解国内木材市场供需矛盾，但速生材树种，如杨木，有密度低、材质松软、尺寸稳定性差等缺点，这限制了速生林木的推广利用。对速生林木进行改性处理能有效改善其性能，拓展其应用范围。但是目前常用的浸渍改性方法容易将一些化学物质引入木材，从而使其在使用过程中释放出较多的挥发性有机物质，对人们的身体健康构成威胁。
　　本文以速生人工林木——杨木为基材，开展了利用异氰酸酯/丙酮改性液对其进行真空加压浸渍改性的研究，着重研究了对浸渍效果影响显著的因素，并探索出了既能确保其物理力学性能达到使用要求，又兼具低TVOC释放的环保生产工艺。同时探索了浸渍处理材TVOC的释放特性和控制机理。
　　本文主要的结论归纳如下:
　　单独提高异氰酸酯树脂浓度或加大浸渍压力或延长加压时间，都能不同程度地提高浸渍效果，使得处理材WPG提高。其中对处理材WPG影响最为显著的是树脂浓度，其次是浸渍压力，加压时间对WPG的影响一般。
　　异氰酸酯浸渍处理材中释放的VOC成分最多可达120种，其中稳定释放的物质有23种。处理材释放的VOC中占比最大的是芳香烃类化合物，其次是烷烃和萜烯类化合物。随着采样时间的推移，芳香烃类化合物释放量迅速下降，烷烃类物质释放量TVOC的比重则有所上升。
　　树脂浓度对处理材释放TVOC的影响规律明显，呈现先上升后下降趋势;加压时长恒定，不同树脂浓度下，TVOC随浸渍压力加大而变化的规律不一致;树脂浓度恒定，不同浸渍压力下，TVOC随加压时间延长而变化的规律也不一致。
　　处理材增重率超过一定值后，处理材孔隙率会显著下降，从而抑制TVOC的释放。
　　异氰酸酯处理材TVOC释放随时间变化的规律呈现先快速下降，后缓慢下降，最后趋于稳定。
　　采用BBD响应面进行分析后发现，三个因素对WPG、MOE和TVOC三个响应值影响作用的大小关系为:树脂浓度＞浸渍压力＞加压时长。综合考虑力学性能、环保性能、成本节约、生产效率以及操作简易性后，得出生产异氰酸酯强化材的最佳工艺为树脂浓度33.33％，浸渍压力1MPa，加压时长2h。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 木材强化

1．2．2 VOC释放与控制

1．3 本文的研究内容

2 树脂浓度和浸渍工艺对杨木强化材WPG的影响

2．1 实验材料与仪器

2．1．1 材料

2．1．2 仪器设备

2．2 杨木处理材制作方法

2．2．1 含水率控制方法

2．2．2 真空-加压浸渍处理

2．2．3 干燥固化处理

2．3 实验方案设计

2．3．1 树脂浓度对处理材WPG的影响

2．3．2 加压浸渍压力对处理材WPG的影响

2．3．3 加压浸渍时长对处理材WPG的影响

2．3．4 前、后真空对处理材WPG的影响

2．4 实验结果与讨论

2．4．1 异氰酸酯浓度对杨木强化WPG的影响

2．4．2 加压浸渍压力对杨木强化WPG的影响

2．4．3 加压浸溃时长对杨木强化WPG的影响

2．4．4 前后真空对杨木强化WPG的影响

2．5 本章小结

3 异氰酸酯浸渍杨木强化材释放VOC成分的确定

3．1 实验材料与仪器

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验仪器

3．2 实验方法

3．2．1 采样方法

3．2．2 解吸和检测方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 VOC成分的定性和归类

3．3．2 处理材各类VOC物质所占TVOC的比例

3．3．3 树酯浓度对处理材释放VOC物质种类的影响

3．4 本章小结

4 异氰酸酯浸渍杨木强化材TVOC释放特性

4．1 实验方法

4．1．1 采样方法

4．1．2 定量分析

4．2 树脂浓度和加压浸渍条件对杨木强化材TVOC释放的影响

4．2．1 树酯浓度对处理材TVOC的影响

4．2．2 浸渍压力对处理材TVOC的影响

4．2．3 加压时长对处理材TVOC释放的影响

4．2．4 处理材WPG与TVOC释放的影响

4．3 异氰酸酯处理材TVOC释放随时间变化规律探讨

4．4．浸渍工艺影响处理材TVOC释放的机理探讨

4．5 本章小结

5 BBD响应面法优化杨木强化材工艺参数的研究

5．1 实验材料与仪器

5．1．1 实验材料

5．1．2 仪器设备

5．2 实验方案设计

5．3 试验结果

5．4 WPG模型及响应面分析

5．4．1 WPG模型选择及可行性分析

5．4．2 WPG响应面分析

5．5 MOE模型及响应面分析

5．5．1 MOE模型选择及可行性分析

5．5．2 MOE响应面分析

5．6 TVOC模型及响应面分析

5．6．1 TVOC模型及可行性分析

5．6．2 TVOC响应面分析

5．7 优化方案的选择及调整

5．8 验证性测试

5．9 异氰酸酯处理材尺寸稳定性测试

5．10 经济、社会价值分析

5．11 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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