质子探针研究水分在木材中的弛豫特性

摘要

试验用材选自内蒙古大青山区的山杨（Populus davidiana）、榆木（Ulmus rubra），通过对榆木解吸过程（37℃，生材→98％RH→75%RH→33%RH）及未酯化杨木和酯化杨木吸着过程（37℃，绝干→33%RH→75%RH→98%RH）水分非平衡态及平衡态下弛豫特性的测定，来分析木材解吸、吸着过程中水分的迁移特性。并利用自旋回波序列，基于已知含水率木材建立的标准曲线来测定木材的含水率。
　　本研究主要内容归纳如下：
　　1．含水率在纤维饱和点以上榆木生材的T2分布峰大致有五个，结合榆木的微观构造，大致可以判断峰1、峰2应代表结合水的弛豫，其余的三个峰应为自由水的弛豫。鉴于榆木各细胞的的直径差异，峰3、峰4、峰5分别对应木纤维及木射线、小导管团、大导管胞腔中的自由水的分布。
　　2．当木材含水率在纤维饱和点以上时，随着解吸过程的进行，结合水的T2及峰值面积变化不大，当木材含水率降至纤维饱和点以下时，结合水的T2及峰值面积下降明显，同时木材在整个解吸过程中，随着水分含量的降低，常伴随有自由水之间、结合水之间以及自由水与结合水之间的转化，因而存在峰点位置的移动及峰值面积的变化。
　　3．木材解吸过程中，含水率在纤维饱和点以下，还存在少量较“松弛”的自由水。
　　4．木材在37℃，绝干态?37℃，33%RH平衡态的吸着过程中，达到的最终平衡含水率为8.65%，T2分布峰只有一个，此时的结合水呈单分子层吸附在木材结构中。水分吸着初期、中期木材与水分并未形成或已形成但不稳定的氢键结合，此时水分的弛豫时间较长，但随着吸着过程的继续进行，达到吸着准平衡期，随着吸着水量的增加，木材与水分的结合力变小，弛豫时间变长。
　　5．木材在37℃，33%RH平衡态?37℃，75%RH平衡态的吸着过程中，达到的最终平衡含水率为10.76%，此时木材中开始出现多分子层吸附，弛豫时间最短、幅度较小的峰代表的是多分子吸附水中的第一层，峰值面积较大、弛豫时间较长的峰代表的是除第一层外的多分子层吸附水。
　　6．木材在37℃，75%RH平衡态?37℃，98%RH平衡态的吸着过程中，达到的最终含水率为14.69%，当含水率达到13.46%时，木材中出现了含量较多的、弛豫时间较长的自由水，此时可认为细胞壁中的结合水接近饱和。
　　7．酯化改性杨木红外光谱图在位于1740 cm-1与1242 cm-1两处附近分别表征C=O与C-O-C的存在的酯基特征峰。
　　8．马来酸酐酯化后与未处理杨木在同样温、湿度环境中进行吸着，酯化后木材吸着平衡含水率明显降低。酯化后木材代表结合水的T2分布图谱中存在两个峰，一个是弛豫时间较短、峰值面积较大的峰1，T21较未酯化木材明显提前了将近1ms，T2分布图谱中另一个峰2，较T21长，含量也较少，这部分水可认为存在于细胞壁中，与木材化学结构中的弱亲水性基团（如—OOR等）相连的结合力较弱的结合水。
　　9．基于杨木、榆木建立的标准曲线来测定同一树种时得到的自旋回波含水率与称重法得到的含水率偏差不大。而测定不同树种时，二者偏差较大。

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英文摘要

目录

1 引言

1.1 木材水分的解吸

1.2 木材水分的吸着

1.3 木材的酯化处理

1.4 核磁共振技术

1.5 论文的研究内容及意义

2 水分解吸过程中的弛豫特性

2.1 绪言

2.2 试材、设备与实验方法

2.3 结果与分析

2.4 本章小结

3 木材水分吸着过程中的弛豫特性

3.1 绪言

3.2 试材、设备与试验方法

3.3 结果与分析

3.4 本章小结

4 酯化木材水分吸着过程中的弛豫特性

4.1 绪言

4.2 试材、设备与试验方法

4.3 酯化后木材水分吸着过程中的弛豫特性

4.4 本章小结

5 NMR技术测定木材水分含量

5.1 绪言

5.2 试材、设备与试验方法

5.3 结果与分析

5.4 本章小结

6 总结论与展望

6.1 总结论

6.2 展望

致谢

参考文献

作 者 简 介