本文關(guān)鍵詞： 杉木 濕熱-壓縮處理 半纖維素 木質(zhì)素 介孔 吸濕性能 納米壓痕　出處：《中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：人工林木材已成為我國(guó)木材資源戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備中的重要組成。但是由于低質(zhì)人工林木材結(jié)構(gòu)疏松、天然耐久性差等缺點(diǎn),影響其加工利用。木材濕熱-壓縮處理技術(shù)能夠在一定的濕度、溫度和機(jī)械壓力共同作用下,實(shí)現(xiàn)木材徑向壓縮固定,改善和提高木材的物理和力學(xué)性能,同時(shí)保持木材天然生物材料的特性。研究濕熱-壓縮處理對(duì)木材細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)與性能的具體影響過(guò)程,揭示濕熱-壓縮處理?xiàng)l件下細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分變化與細(xì)胞壁物理、力學(xué)性能的相互關(guān)系,對(duì)低質(zhì)人工林改性處理以及制造滿(mǎn)足不同使用條件的環(huán)境友好型生物質(zhì)功能材料具有現(xiàn)實(shí)意義。本論文以人工林杉木(Cunninghamia lanceolata Hook.)為研究對(duì)象,分別采用不同徑向壓縮率(25%、50%)并結(jié)合不同蒸汽處理溫度(140℃、160℃、180℃)對(duì)杉木進(jìn)行濕熱-壓縮處理,利用生物材料結(jié)構(gòu)觀測(cè)和性能表征方法,研究濕熱-壓縮處理過(guò)程中木材細(xì)胞壁的微觀構(gòu)造、孔隙結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、纖維素晶體結(jié)構(gòu)以及細(xì)胞壁吸濕性能和力學(xué)性能的變化規(guī)律,揭示濕熱-壓縮處理?xiàng)l件下木材細(xì)胞壁微觀構(gòu)造、孔隙結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、纖維素晶體結(jié)構(gòu)的變化對(duì)細(xì)胞壁吸濕性能和力學(xué)性能的影響機(jī)理。本研究主要結(jié)論歸納如下:(1)濕熱-壓縮處理后木材細(xì)胞壁、具緣紋孔及壁層均發(fā)生了明顯的變化。當(dāng)蒸汽處理溫度≥160℃時(shí),25%和50%壓縮率條件試材可實(shí)現(xiàn)壓縮固定,早材細(xì)胞壁在嚴(yán)重扭曲成“Z”型,過(guò)渡區(qū)細(xì)胞壁呈多邊形,晚材細(xì)胞腔出現(xiàn)閉合現(xiàn)象,尤其在50%壓縮率條件下直徑較小的晚材管胞細(xì)胞腔已經(jīng)完全閉合;管胞徑壁具緣紋孔塞的塞緣微纖絲遭到破壞。(2)受壓縮率和蒸汽處理溫度的影響,濕熱-壓縮處理材BET比表面積、孔徑及介孔數(shù)量均增加,尤其晚材增幅較大。隨著壓縮率的增大和蒸汽處理溫度的增加,BET比表面積逐漸增大,50%壓縮率180℃蒸汽溫度處理早材和晚材BET比表面積分別達(dá)到最大值,分別為7.169 m2 g-1和11.480 m2 g-1,相比未處理材,提高了2.4倍和8.1倍。(3)濕熱-壓縮處理過(guò)程中半纖維素首先發(fā)生降解,25%壓縮率下,隨著蒸汽處理溫度增加,半纖維素木聚糖乙�；�(CH3=O)含量逐漸遞減,180℃蒸汽溫度處理降幅最大,相比未處理材,早材和晚材分別降低了33%和54%;50%壓縮率下,隨著蒸汽處理溫度增加,乙�；肯戎本�下降后趨于平緩,160℃蒸汽溫度處理降幅最大,早材和晚材分別降低了42%和41%。木質(zhì)素同時(shí)經(jīng)歷了降解反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng),25%壓縮率下,當(dāng)蒸汽處理溫度≤160℃,木質(zhì)素中與芳香環(huán)相連的c=o斷裂,而后緊接著發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)致使愈創(chuàng)木基增多,木質(zhì)素交聯(lián)反應(yīng)占主導(dǎo)地位;當(dāng)蒸汽溫度達(dá)到180℃時(shí),木質(zhì)素?zé)峤到夥磻?yīng)逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位,早晚材c=o降幅分別為19%和27%;50%壓縮率下,160℃蒸汽溫度處理,早材仍以交聯(lián)反應(yīng)為主,晚材降解反應(yīng)逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。180℃蒸汽溫度處理早晚材均降解,c=o降幅分別為14%和11%。纖維素?zé)岱�(wěn)定性較好,蒸汽處理溫度≤160℃時(shí),纖維素幾乎沒(méi)有發(fā)生變化;但是當(dāng)蒸汽處理溫度達(dá)到180℃時(shí),部分纖維素分子鏈發(fā)生降解。木質(zhì)素和纖維素在不同區(qū)域(次生壁和角隅)變化略有差異。(4)濕熱-壓縮處理木材晚材細(xì)胞壁纖維素結(jié)晶度和微晶寬均增大。結(jié)晶度漲幅28%-38%,壓縮率和蒸汽處理溫度對(duì)纖維素結(jié)晶度影響不顯著。25%壓縮率條件下蒸汽處理溫度對(duì)微晶寬的影響不顯著;50%壓縮率條件下,隨著蒸汽處理溫度增大,微晶寬逐漸增大,140℃與160℃蒸汽溫度處理間微晶寬差異不顯著,而160℃與180℃蒸汽溫度處理間微晶寬差異顯著(p0.05),180℃蒸汽溫度處理微晶寬比未處理材提高了26%。壓縮率和蒸汽處理溫度均未顯著影響細(xì)胞壁纖維素微纖絲排列方向。(5)隨著壓縮率和蒸汽處理溫度增大,濕熱-壓縮處理木材細(xì)胞壁吸濕性能降低,50%壓縮率180℃蒸汽溫度處理?xiàng)l件下細(xì)胞壁吸濕性能降幅達(dá)到最大,早材和晚材平均含水率分別降低了30%和31%。單因素方差分析表明,25%壓縮率下,未處理材、140℃與160℃蒸汽溫度處理三者間細(xì)胞壁吸濕性無(wú)顯著差異;而160℃與180℃蒸汽溫度處理間細(xì)胞壁吸濕性之間差異顯著;50%壓縮率下,未處理與140℃蒸汽溫度處理之間吸濕性無(wú)明顯差異,140℃、160℃和180℃蒸汽溫度處理三者之間吸濕性差異顯著(p0.05)。結(jié)合化學(xué)成分和細(xì)胞壁孔隙變化,推測(cè)濕熱-壓縮處理杉木細(xì)胞壁的吸濕性主要源自細(xì)胞壁纖維素非結(jié)晶區(qū)的-oh,半纖維素和木質(zhì)素非結(jié)晶構(gòu)造中的-oh和-cooh等化學(xué)成分的吸著點(diǎn)變化的影響,而受到毛細(xì)管凝結(jié)水的影響較小,并借助hailwod-horrobin吸著模型證實(shí)上述推測(cè)。(6)濕熱-壓縮處理木材細(xì)胞壁硬度和彈性模量均增大。隨著蒸汽處理溫度的增加,25%和50%壓縮率硬度逐漸增大,160℃蒸汽溫度處理?xiàng)l件下,硬度值分別為0.583gpa和0.630 GPa,相比未處理材提高了16%和25%,160℃與180℃蒸汽溫度處理間差異不顯著。除去50%壓縮率180℃蒸汽溫度處理?xiàng)l件,壓縮率和蒸汽處理溫度對(duì)彈性模量影響不顯著。50%壓縮率180℃蒸汽溫度處理細(xì)胞壁結(jié)晶區(qū)纖維素發(fā)生輕微的降解,使得結(jié)晶度呈小幅下降趨勢(shì),彈性模量降低。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S781.7

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