【摘要】：木材作為四大原材料之一,是一種可再生、可循環(huán)利用和可自然降解的綠色環(huán)境友好材料。然而,我國原生優(yōu)質(zhì)森林資源嚴(yán)重匱乏,速生人工林木材雖量大,卻材質(zhì)差、易變形,難以滿足建筑、家居等領(lǐng)域?qū)δ静馁|(zhì)量的要求。楊樹作為我國種植面積最廣、也是山東省境內(nèi)最主要的速生人工林樹種,其材質(zhì)松軟、易變形導(dǎo)致尺寸穩(wěn)定性差,影響了這部分儲量豐富的楊木資源的高效利用。為此,本研究選用楊木為原材料,重點(diǎn)探索了兩種技術(shù):仿生超疏水自清潔技術(shù)和高溫?zé)岣男约夹g(shù),來改良楊木的尺寸穩(wěn)定性,以期獲得楊木尺寸穩(wěn)定化的關(guān)鍵技術(shù);在此基礎(chǔ)上,對比篩選出優(yōu)化技術(shù),對極易變形的壓縮楊木進(jìn)行尺寸穩(wěn)定化處理,以驗(yàn)證該優(yōu)選技術(shù)的有效性和實(shí)用性。研究結(jié)果如下:(1)受大自然荷葉超疏水自清潔特性的啟發(fā),用溶膠-凝膠法合成了乙醇載的納米二氧化硅超疏水乳液,其粒徑約110nm,它可穩(wěn)定懸浮于乙醇溶劑中超過一年時間,且綠色環(huán)保,價格低廉;其噴涂于木材表面,納米二氧化硅均勻分布在木材微米級粗糙結(jié)構(gòu)表面,構(gòu)成了均勻的微納米層級結(jié)構(gòu),使得木材獲得靜態(tài)水接觸角大于150°、滾動角小于10°的超疏水表面,且該涂層并不影響木材表面的視覺效果,改性木材獲得極佳的尺寸穩(wěn)定性,連續(xù)浸泡水24小時,尺寸幾乎不膨脹,表明該技術(shù)改良的木材具有了優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性,且該技術(shù)可保障木材力學(xué)強(qiáng)度,賦予木材一定的熱穩(wěn)定性和自清潔特性;然而,該超疏水表面的耐磨性較差,200g砝碼重力下,耐240目砂紙磨損的能力不超過20次(每次移動10cm),影響了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。(2)利用高溫?zé)岣男约夹g(shù),在真空條件下處理?xiàng)钅?分別探討了170℃、180℃、190℃、200℃、210℃條件下,不同處理時間的楊木的尺寸穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明,190℃、10小時條件下,楊木在力學(xué)強(qiáng)度不發(fā)生顯著降低的情況下(木材的抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、耐磨性能和沖擊韌性都會發(fā)生不同程度下降),獲得了較佳的尺寸穩(wěn)定性;化學(xué)組分中吸水羥基減少,是導(dǎo)致其尺寸穩(wěn)定性改善的主要原因。(3)對比兩種尺寸穩(wěn)定化技術(shù),從性價比和易推廣角度分析,優(yōu)選高溫?zé)岣男约夹g(shù),并以此來進(jìn)一步處理壓密化木材,以檢驗(yàn)高溫?zé)岣男约夹g(shù)對極易變形的壓縮木材的尺寸穩(wěn)定性的改善效果,同時,通過壓密技術(shù)來解決高溫?zé)岣男阅静牧W(xué)強(qiáng)度降低的弊端。結(jié)果表明,壓密化木材在不同壓縮比例(30%、50%、70%)的情況下,高溫?zé)岣男约夹g(shù)均可明顯提高其尺寸穩(wěn)定性,且改良后的壓密化木材具有比未改性楊木更高的力學(xué)強(qiáng)度,證明了該技術(shù)的有效性和實(shí)用性。
【學(xué)位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S781.62
【圖文】：

基于超疏水和熱改性技術(shù)的楊木尺寸穩(wěn)定化研究選技術(shù)。重點(diǎn)研究壓縮楊木的不同壓縮率(30%，50%，70%)下的工藝條件，通過表征與性研究篩選技術(shù)對壓縮木材尺寸穩(wěn)定化改性的效果。 技術(shù)路線本文技術(shù)路線圖如下:

2.1 超疏水技術(shù)處理荷葉表面的疏水自清潔特性是自然界典型的超防水現(xiàn)象。其本質(zhì)是由荷葉表面微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)和疏水組分共同作用所致。受此現(xiàn)象啟發(fā)，在木材上設(shè)計(jì)構(gòu)建超疏水表面，使木材具有類似荷葉的超防水特性，已成為木材防水、尺寸穩(wěn)定化研究的熱點(diǎn)和前沿。木材是具有微米級孔隙直徑的多孔結(jié)構(gòu)材料，擁有天然的微米級表面粗糙度。因此，要使木材獲得超疏水表面，理論上，只需構(gòu)建納米級結(jié)構(gòu)和做低表面能處理即可實(shí)現(xiàn)。有關(guān)納米結(jié)構(gòu)構(gòu)建的研究已見諸多報道，如溶膠-凝膠法、低溫水熱共溶劑法、模板法、共沉淀法、等離子體法、化學(xué)氣相沉積法等。但這些方法都存在操作復(fù)雜，不宜規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的弊端。為此，本文研究提出新的技術(shù)構(gòu)思（見圖 2.1），即預(yù)先合成綠色環(huán)保、穩(wěn)定懸浮的功能乳液，通過簡單的噴涂手段，直接構(gòu)建木材超疏水表面，以期該技術(shù)做木材尺寸穩(wěn)定化的顛覆性創(chuàng)新技術(shù)，有效解決木材遇水易變形難題，并在木材工業(yè)中規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

圖 2.2 熱改性木材原理示意圖Figure 2.2 Schematic diagram of thermal modification wood1 實(shí)驗(yàn)材料楊木板材購自山東泰安的木材市場。根據(jù) GB/T1929-2009《木材物理力學(xué)試材鋸解樣截取方法》將楊木板材加工成合適的尺寸，以備試驗(yàn)。2 實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)中所用試驗(yàn)儀器設(shè)備型號及廠家見表 2.3。表 2.3 儀器設(shè)備型號及生產(chǎn)廠家Table 2.3 Instrument model and manufacturers儀器 型號 廠家真空干燥箱 DZF-6050 上海匯泰儀器制造電子天平 JJ224BC 常熟市雙杰測試儀器廠電子游標(biāo)卡尺 0-200mm 德國麥思德3 實(shí)驗(yàn)方法本試驗(yàn)以溫度和時間兩大因素作為主要考察指標(biāo)，處理溫度設(shè)置為 160℃、170℃

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本文編號：2759351