基于超疏水和热改性技术的杨木尺寸稳定化研究

摘要

木材作为四大原材料之一，是一种可再生、可循环利用和可自然降解的绿色环境友好材料。然而，我国原生优质森林资源严重匮乏，速生人工林木材虽量大，却材质差、易变形，难以满足建筑、家居等领域对木材质量的要求。杨树作为我国种植面积最广、也是山东省境内最主要的速生人工林树种，其材质松软、易变形导致尺寸稳定性差，影响了这部分储量丰富的杨木资源的高效利用。为此，本研究选用杨木为原材料，重点探索了两种技术：仿生超疏水自清洁技术和高温热改性技术，来改良杨木的尺寸稳定性，以期获得杨木尺寸稳定化的关键技术；在此基础上，对比筛选出优化技术，对极易变形的压缩杨木进行尺寸稳定化处理，以验证该优选技术的有效性和实用性。研究结果如下： (1)受大自然荷叶超疏水自清洁特性的启发，用溶胶-凝胶法合成了乙醇载的纳米二氧化硅超疏水乳液，其粒径约110nm，它可稳定悬浮于乙醇溶剂中超过一年时间，且绿色环保，价格低廉；其喷涂于木材表面，纳米二氧化硅均匀分布在木材微米级粗糙结构表面，构成了均匀的微纳米层级结构，使得木材获得静态水接触角大于150°、滚动角小于10°的超疏水表面，且该涂层并不影响木材表面的视觉效果，改性木材获得极佳的尺寸稳定性，连续浸泡水24小时，尺寸几乎不膨胀，表明该技术改良的木材具有了优异的尺寸稳定性，且该技术可保障木材力学强度，赋予木材一定的热稳定性和自清洁特性；然而，该超疏水表面的耐磨性较差，200g砝码重力下，耐240目砂纸磨损的能力不超过20次（每次移动10cm），影响了该技术的广泛应用。 (2)利用高温热改性技术，在真空条件下处理杨木，分别探讨了170℃、180℃、190℃、200℃、210℃条件下，不同处理时间的杨木的尺寸稳定性。研究结果表明，190℃、10小时条件下，杨木在力学强度不发生显著降低的情况下（木材的抗弯强度、抗压强度、耐磨性能和冲击韧性都会发生不同程度下降），获得了较佳的尺寸稳定性；化学组分中吸水羟基减少，是导致其尺寸稳定性改善的主要原因。 (3)对比两种尺寸稳定化技术，从性价比和易推广角度分析，优选高温热改性技术，并以此来进一步处理压密化木材，以检验高温热改性技术对极易变形的压缩木材的尺寸稳定性的改善效果，同时，通过压密技术来解决高温热改性木材力学强度降低的弊端。结果表明，压密化木材在不同压缩比例（30%、50%、70%）的情况下，高温热改性技术均可明显提高其尺寸稳定性，且改良后的压密化木材具有比未改性杨木更高的力学强度，证明了该技术的有效性和实用性。

目录

声明

1引言

1.1研究背景

1.2木材尺寸稳定化研究进展

1.2.1超疏水处理技术研究进展

1.2.2高温热改性技术研究进展

1.2.3木材浸渍处理技术研究进展

1.2.4木材乙酰化处理技术研究进展

1.3研究目的及意义

1.4研究内容及技术路线

1.4.1研究内容

1.4.2技术路线

2材料与方法

2.1超疏水技术处理

2.1.1试验材料

2.1.2试验仪器

2.1.3试验方法

2.2真空热改性技术处理

2.2.1实验材料

2.2.2实验仪器

2.2.3实验方法

2.3优选技术对压缩木的改性处理

2.3.1试验材料

2.3.2试验仪器

2.3.3试验方法

2.4测试方法

2.4.1物理性能测试方法

2.4.2化学组分测试方法

3结果与分析

3.1超疏水处理测试结果及分析

3.1.1超疏水乳液测试结果及分析

3.1.2超疏水杨木测试结果及分析

3.2真空热改性杨木测试结果及分析

3.2.1物理性能测试结果及分析

3.2.2化学组分测试结果及分析

3.3优选技术处理压缩木测试结果及分析

3.3.1物理新能测试结果及分析

3.3.2化学组分测试结果及分析

4讨论

4.1超疏水技术研究

4.2真空热改性技术研究

4.3真空热改性压缩木研究

5结论

参考文献

致谢