【摘要】：本研究針對速生楊木存在的強度低、尺寸穩(wěn)定性差、易腐蝕等缺陷,利用松香、糠醇、聚乙二醇雙丙烯酸酯(PEGDA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、納米SiO2等改性劑,采用浸漬填充、接枝共聚、原位改性等工藝,對速生楊木進行細胞壁修飾及增強處理;并通過掃描電鏡(SEM)、顯微拉曼光譜儀、X射線光電子能譜(XPS)、動態(tài)力學分析儀(DMA)等對細胞壁增強改性前后結(jié)構(gòu)、化學成分及性能進行表征,研究改性劑分布狀態(tài)、與細胞壁界面結(jié)合性能及作用機理,揭示增強改性機制。主要研究結(jié)果如下:(1)親水性試劑對木材細胞壁潤脹性較好,更易進入細胞壁,易與纖維素羥基發(fā)生反應。速生楊木的纖維素主要分布在細胞壁S2層,而木質(zhì)素在細胞角隅和胞間層處含量豐富。速生楊木可反應羥基含量約為8.3 × 10-3 mol/g。速生楊木具有較大的微纖絲角和較低的結(jié)晶度,內(nèi)部存在豐富的納米級、微米級孔隙。由于結(jié)構(gòu)上的差異,速生楊木弦切面滲透性優(yōu)于徑切面。(2)松香浸漬改性可改善速生楊木性能。松香浸漬改性主要填充木材細胞腔,并少量進入細胞壁。與空白材相比,增重率(WPG)為31.9%時,彈性模量(MOE)、順紋抗壓強度(CS)和硬度分別提高了 18.9%、31.6%和30.9%,而抗脹縮系數(shù)(ASE)達到了 36%。松香改性能夠降低木材的吸濕性和親水性,對木材的抗彎強度(MOR)影響不顯著。(3)糠醇浸漬改性能夠增強速生楊木細胞壁。由于較低的分子量和對木材優(yōu)良的潤脹性,糠醇聚合后主要填充于木材細胞壁、細胞角隅和薄壁細胞等結(jié)構(gòu)內(nèi)�？反几男詫OR和MOE影響較小,但能夠顯著提高木材的ASE、抗吸水性、CS和硬度。脫木素作用能夠提高糠醇改性材的抗酸堿性能和熱性能。(4)糠醇-納米復合改性可進一步增強改性效果。通過糠醇與納米SiO2協(xié)同改性,速生楊木的尺寸穩(wěn)定性、抗吸水性、熱穩(wěn)定性、耐磨性以及力學性能均得到增強。糠醇與納米Fe304對木材的協(xié)同改性,不僅保持了木材較高的抗吸水性和ASE,還提高了納米粒子的抗流失性和耐酸堿腐蝕性,同時賦予了木材磁性能。(5)細胞壁接枝共聚改性能夠顯著提高木材性能。拉曼光譜成像和XPS測試結(jié)果表明,通過化學改性可接枝上帶有活性基團的鏈段,并降低木材極性,提高改性劑對細胞壁潤脹及滲透性能;共聚反應使改性劑和細胞壁之間形成共價鍵,提高了界面結(jié)合性能,從而提高木材性能。PEGDA和MMA接枝共聚改性木材的ASE均達到了50%以上,PEGDA能夠保持木材較好的潤濕性,而MMA接枝共聚改性材經(jīng)144 h浸泡后吸水率低于30%。
【學位授予單位】：北京林業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S781
【圖文】：

１．２．１木材改性意義逡逑第八次全國森林資源清查結(jié)果表明，我國森林資源呈現(xiàn)出數(shù)量持續(xù)增加、質(zhì)量穩(wěn)逡逑步提升、效能不斷增強的良好態(tài)勢（圖１－１）。我國現(xiàn)有森林面積為２．０８億公頃，森逡逑林覆蓋率２１．６６％，森林蓄積量為１５１．３７億立方米，天然林面積１．２２億公頃，蓄積１２２．９６逡逑億立方米；森林面積和森林蓄積分別位居世界第５位和第６位（國家林業(yè)局，２０１４）。逡逑然而，我國仍然是一個缺林少綠、生態(tài)脆弱的國家，森林覆蓋率遠低于全球３１％的平逡逑均水平，人均森林面積和人均森林蓄積量分別僅有世界水平的１／４和１／７，而且森林逡逑資源存在著質(zhì)量不高、分布不均的問題，林業(yè)發(fā)展還面臨著巨大的壓力和挑戰(zhàn)。而且，逡逑木材供需的結(jié)構(gòu)性矛盾十分突出，主要表現(xiàn)在現(xiàn)有可用材林中可采面積僅占１３％，逡逑可采蓄積僅占２３％，可利用資源少，大徑材林木和珍貴樹種更少。逡逑３．０ｘ１０４邋－Ｉ邐逡逑４邋■邐｜邋一■一全國森林面積邐

１．２．１木材改性意義逡逑第八次全國森林資源清查結(jié)果表明，我國森林資源呈現(xiàn)出數(shù)量持續(xù)增加、質(zhì)量穩(wěn)逡逑步提升、效能不斷增強的良好態(tài)勢（圖１－１）。我國現(xiàn)有森林面積為２．０８億公頃，森逡逑林覆蓋率２１．６６％，森林蓄積量為１５１．３７億立方米，天然林面積１．２２億公頃，蓄積１２２．９６逡逑億立方米；森林面積和森林蓄積分別位居世界第５位和第６位（國家林業(yè)局，２０１４）。逡逑然而，我國仍然是一個缺林少綠、生態(tài)脆弱的國家，森林覆蓋率遠低于全球３１％的平逡逑均水平，人均森林面積和人均森林蓄積量分別僅有世界水平的１／４和１／７，而且森林逡逑資源存在著質(zhì)量不高、分布不均的問題，林業(yè)發(fā)展還面臨著巨大的壓力和挑戰(zhàn)。而且，逡逑木材供需的結(jié)構(gòu)性矛盾十分突出，主要表現(xiàn)在現(xiàn)有可用材林中可采面積僅占１３％，逡逑可采蓄積僅占２３％，可利用資源少，大徑材林木和珍貴樹種更少。逡逑３．０ｘ１０４邋－Ｉ邐逡逑４邋■邐｜邋一■一全國森林面積邐

鴉干麟邐木質(zhì)素逡逑圖２－２木材三種主要成分的分子結(jié)構(gòu)示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｍａｉｎ邋ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ邋ｉｎ邋ｗｏｏｄ逡逑綜上所述，速生材自身結(jié)構(gòu)、化學成分和性能存在著較大差異，尤其是細胞壁的逡逑構(gòu)造與化學成分。只有充分了解速生材的這些特點，才能“因地制宜”，找到合適的逡逑改性方法，從而獲得性能優(yōu)良的改性材，促進速生材的優(yōu)化利用。逡逑本章主要以北京產(chǎn)速生楊木為主要研究對象，從結(jié)構(gòu)、成分以及性能等方面對速逡逑生楊木進行研宄，對速生楊木的細胞壁結(jié)構(gòu)、成分分布、滲透性、潤脹性等進行測試逡逑與表征，為后期的速生楊木增強改性研宄提供理論依據(jù)。逡逑１６逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2779176