强化复合木材细胞壁的纳米压痕测试分析

通过纳米压痕测试技术,测定和分析了未处理材和经硅溶胶强化处理的复合木材细胞壁层面的力学性能和弹塑性,以及硅溶胶的存在位置对强化复合木材细胞壁微观力学性能的影响。结果表明:1）浸渍强化处理工艺可以使硅溶胶进入木材细胞壁,使得强化复合木材细胞壁的弹性模量和硬度达到18.64 和0.64 GPa,分别比未处理材提高59%和31%;2）控制改性处理工艺,可以得到改性细胞壁和既有改性细胞壁又有填充细胞腔2种改性形式的强化复合木材,并且2种改性形式下细胞壁层面上的弹性模量和硬度没有显著差异,证实了细胞腔填充对细胞壁层面的力学性能没有影响;3）复合木材细胞壁形貌表征和力学测试曲线表明,硅溶胶强化处理后的复合木材细胞壁保持了较好的弹塑性特性,相对弹性回复率与未处理材基本相同。      

蒙脱土-DDAC复合防腐剂处理杨木的性能及表征

为了提高人工林杨木的力学性能和耐腐性,采用蒙脱土(MMT)-二癸基二甲基氯化铵(DDAC)复合防腐剂(ODP),通过满细胞法处理杨木试材,分析了防腐处理材的增重率、DDAC保持量、有机蒙脱土(OMMT)在木材内部的分布、横纹抗压强度和耐腐性。结果表明:OMMT的引入使试材增重率增加,DDAC保持量下降;OMMT绝大部分以颗粒存在于木材导管腔中,部分尺寸较小的颗粒和剥离片层可以通过纹孔,很难进入细胞壁;ODP处理材的横纹抗压强度比蒸馏水处理材提高了27%;相对于DDAC处理材,ODP处理材的耐腐性比单组分DDAC处理材好。     

杉木 - 纳米SiO2复合材料结构表征及复合机理研究

杉木木材可与纳米SiO2通过类似生物拟态矿化的过程进行复合,其力学性能等提高的程度取决于两者间的界面结构和结合状态.通过SEM,TEM表征杉木 - 纳米SiO2复合材料的结构;并基于二元复合理论,结合XRD和EDXA等分析其复合机理.结果表明,纳米SiO2粒子多数以纳米尺度分布在木材细胞壁上,并有部分沉积在木材中的纳米空间;纳米SiO2与木材组分既有原位复合,但主要是其表面的大量不饱和残键和游离羟基与杉木组分中的羟基形成化学结合.     

蒙脱土/聚乙二醇/超支化聚丙烯酸酯乳液改性木材的力学性能

  目的  木材化学改性是提高人工林速生材力学性能，延长其使用寿命，扩大其应用范围的有效途径。使用有机蒙脱土（OMMT）对木材进行改性处理具有较好的前景。但由于有机蒙脱土在水中不易分散，且粒径较大，难以进入到木材细胞壁中而限制了其应用。因此，提高OMMT在水中的分散性，增大其层间距可为其进入木材细胞壁内创造条件，是改性增强木材的有效手段。  方法  本研究采用一种水性的聚乙二醇/超支化聚丙烯酸酯乳液（PEG/HBPA）作为载体使OMMT在水中稳定分散。将改性剂通过浸渍处理改性木材，测试了改性材的力学性能，并探讨了不同层间离子的OMMT对改性效果的影响。  结果  4种OMMT均能够稳定分散进入到PEG/HBPA中，经过24 h静置后无明显的分层和沉淀，乳液粒径和黏度无明显变化。木材经过PEG/HBPA处理后，除端面硬度外，力学性能有所提高，加入OMMT后力学性能进一步提高，并增加了改性材的端面硬度。OMMT层间离子中含有氨基、羟基、羧基等官能团，能使OMMT更好地进入到木材细胞壁中，其中层间离子含有氨基的OMMT改性效果较好，改性后木材顺纹抗压强度为82.2 MPa，抗弯强度为98.2 MPa，端面硬度为8 920 N。  结论  使用PEG/HBPA乳液可以均匀分散OMMT，并使其进入到木材细胞壁，增强木材的力学强度，这对实现人工速生材的环保高效利用具有一定的指导意义。      

聚乙烯/蒙脱土复合材料的制备及阻隔性能研究

本文旨在向PE中添加有机化处理的蒙脱土制成纳米复合材料,以提高PE的阻隔性能。采用插层剂,含有两个长烷基链的亲有机物质(20A)对蒙脱土进行有机化处理,然后和ZHE-MMT(浙江厂家改性好的蒙脱土)分别通过熔融插层法成功制备低密度聚乙烯/有机蒙脱土(LDPE/OMMT)纳米复合材料。并对LDPE/OMMT进行透气实验。实验结果发现:添加有机化的蒙脱土后,聚乙烯的阻隔性能有明显改善,主要是因为蒙脱土独特的片层结构,能够降低聚合物材料对气体的渗透性。     

蒙脱土/木材复合材料的结晶性能

为了考察蒙脱土/木材复合材料的结晶性能,利用X射线衍射仪检测了以处理木材试样和蒙脱土为原材料、借助酚醛树脂制备的蒙脱土/木材复合材料,并将未处理试材、处理试材及复合材料进行比较后发现,试材经氢氧化钠、微波、氢氧化钠-微波、氢氧化钠-超声波处理后,相对结晶度降低;超声波处理后,相对结晶度增大。除氢氧化钠处理试材外,其他处理试材与蒙脱土形成的复合材料的结晶度均进一步降低。未处理材、处理材及复合材料结晶区晶层间距变化不明显。研究还发现,蒙脱土在复合材料中主要以插层型结构存在。      

沙柳/蒙脱土复合物的制备及阻燃性能研究

采用插层复合方法制备了沙柳/蒙脱土纳米复合材料,用FT-IR,XRD,氧指数的方法对纳米复合材料的结构进行了表征、阻燃性能进行了分析。通过研究该复合材料的阻燃性能,并与沙柳材比较发现沙柳/蒙脱土纳米复合材料的阻燃性能性能比沙柳材明显增强。当蒙脱土分散浓度为10%时,所制备的复合材料的阻燃性能明显优于低添加量时。     

纳米材料改性环氧树脂结构胶粘接强度的研究

采用纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和有机蒙脱土3种纳米材料对环氧树脂结构胶进行改性,改性后环氧树脂结构胶的粘接强度得到显著提高.实验表明:含5%纳米二氧化硅、20%纳米碳酸钙和10%蒙脱土时,环氧树脂结构胶的钢钢抗剪强度比基体分别提高了23.2%,39.3%和63.0%.纳米二氧化硅和纳米碳酸钙的组合产生叠合效应使结构胶的钢钢抗剪强度在25℃下固化达29.3 MPa.XRD衍射实验表明,有机蒙脱土和环氧树脂能进行插层复合,其晶面间距从2.4 nm撑开至8.8 nm以上.SEM实验表明3种纳米材料在基体中能诱发大量银纹,是结构胶粘接强度得到提高的主要原因.     

蒙脱土/木材复合材料应力松弛性能的初步研究

以酚醛树脂为中间介质,将蒙脱土引入木材,制备蒙脱土/木材复合材料.通过研究该复合材料的应力松弛性能并与木材比较发现,蒙脱土/木材复合材料的抗应力松弛性能比木材明显增强.当蒙脱土含量为酚醛树脂固含量的5%时,所制备的复合材料的抗应力松弛性能最好.复合材料的抗应力松弛能力对温度较敏感.     

木质纤维素/蒙脱土纳米复合材料吸附水中Cd(Ⅱ)的研究

采用木质纤维素与蒙脱土经插层复合反应,成功的合成了一种新型吸附剂木质纤维素/蒙脱土纳米复合材料(LNC/MMT),研究了其对水中Cd(Ⅱ)的吸附行为以及影响吸附效果的重要因素,利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析方法对纳米复合材料的结构进行表征,通过动力学、热力学模型拟合探讨其吸附机理。结果表明,木质纤维素/蒙脱土纳米复合材料对水中Cd(Ⅱ)具有很好的吸附效果,在Cd(Ⅱ)溶液初始浓度0.005 mol/L、p H值5.6、吸附温度55℃、吸附时间80 min时,吸附容量达到最大值118.45 mg/g。吸附动力学可以用准二级动力学方程描述;等温吸附模型符合Langmuir方程,木质纤维素/蒙脱土吸附Cd(Ⅱ)主要是单分子层化学吸附。     

三聚氰胺–尿素–葡萄糖（MUG）生物质树脂/硅酸钠复合改性杨木的性能与机理研究

  目的  研究改性材的微观形貌、化学结构和元素成分等变化,探讨三聚氰胺–尿素–葡萄糖（MUG）生物质树脂复合改性剂对杨木的改性作用机理,旨在为MUG复合改性剂的应用提供依据,促进木材的绿色改性。  方法  通过将有机硅烷等疏水基团,引入MUG生物质树脂与硅酸钠的复配溶液中,制备硅烷杂化MUG树脂/硅酸钠复合改性剂（GS_T）,对杨木进行真空加压浸渍处理,测试改性杨木的物理力学性能,采用扫描电镜–X射线能谱仪（SEM-EDX）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线光电子能谱仪（XPS）和X射线衍射仪（XRD）等,表征改性材的微观形貌、化学结构、元素成分和结晶度,利用微型量热仪（MCC）测试其燃烧性能和热解特性。  结果  SEM-EDX分析表明:GS_T改性剂渗透性好,能有效渗入木材细胞腔和细胞壁中;改性材的C、O、Si元素无规分布于木材细胞腔、细胞壁、细胞间隙等处,导管沉积最为明显;改性剂对木材孔隙的填充以及对纤维素非结晶区的充胀,有效提高了木材的尺寸稳定性和力学性能。FTIR分析表明:GS_T改性材中半纤维素等多糖与改性剂发生了交联反应,减少了C=O、—OH等吸水性基团。XPS分析表明:GS_T改性材的C1最多,C3最少,木材的多糖类物质、木质素醇羟基、酚羟基以及羰基等活性基团与改性剂发生反应,减少了羰基等活性基团,增加了C—H、C—C结构含量。XRD分析表明:GS_T改性材衍射峰无明显变化,相对结晶度增大,说明改性剂进入纤维素非结晶区使其分子排列更加有序。MCC分析表明:GS_T改性材的热释放能力、热释放速率峰值和总热释放量分别下降了65.7%、66.2%和6.2%,800 ℃残炭率提高了122.6%,热释放强度大大降低,火灾危险性减小。  结论  GS_T复合改性剂可有效渗入杨木内部,与木材中半纤维素等多糖发生交联反应,减少糖基等活性基团,使非结晶区排列更为有序,从而提升改性杨木的物理力学性能。      

木材/二氧化硅复合材料的微细构造

为弄清木材/二氧化硅复合材料的微细构造,通过固体膨胀率与增重率的关系、吸湿处理中尺寸变化、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜分析(SEM)及能量色散X射线分析(EDAX)等方法,研究了该复合材料的微观构造特性.结果表明:①木材/二氧化硅复合材料的增重率与含水率成正相关.固体膨胀率随着增重率的增加而增加,弦向固体膨胀率大于径向.尺寸变化率随着增重率的增加而减小.②SEM分析表明,二氧化硅凝胶存在于木材细胞空隙中.EDAX分析表明,气干材、水调湿材制备的木材/二氧化硅复合材料,二氧化硅存在于木材细胞壁中,硅的质量百分含量分别为4.11%、9.22%;饱水材制备的木材/二氧化硅复合材料,二氧化硅存在于细胞壁及细胞腔中,硅的质量百分含量为17.07%.③XRD分析表明,二氧化硅存在于木材细胞壁中,生成的二氧化硅凝胶越多,结晶度越小.      

硅镁凝胶强化人工林杉木的制备工艺优化及性能研究

  目的   为有效提升人工林杉木物理力学性能,以无机硅酸钠（Na₂SiO₃）溶液为浸渍改性剂,硫酸镁（MgSO₄）溶液为固化剂,采用真空–加压循环浸渍方法制备硅镁凝胶改性杉木,探究硫酸镁的添加量和不同浸渍工艺对改性杉木浸渍效果和性能的影响,并优化浸渍工艺为硅镁凝胶改性杉木的规模生产提供理论依据。   方法  通过单因素试验探讨硫酸镁和硅酸钠的摩尔比、浸渍时间、浸渍压力与负/正压时间比4个因素对杉木试件改性效果的影响,在此基础上设计L₉(34)正交试验优化浸渍工艺参数。由最佳工艺制得硅镁凝胶改性杉木与硅酸钠改性杉木,考察其质量增加率、顺纹抗压强度、硬度、吸水率、抗流失率、耐热性等性能和微观形貌表征,对比两种改性杉木之间及与未处理杉木的差异。  结果  综合单因素和正交试验结果得到:以硫酸镁和硅酸钠的摩尔比为1∶2的MgSO₄溶液和Na₂SiO₃溶液改性杉木,浸渍时间2 h、浸渍压力0.3 MPa和负/正压时间比2∶1的条件下制得的硅镁凝胶改性杉木性能最佳。对比未处理杉木,硅镁凝胶改性杉木的抗压强度、端面硬度、弦切面硬度和径切面硬度分别提升81.1%、73.1%、52.6%和37.2%,吸水率由129.3%降至73.3%。SEM结果显示硅镁凝胶改性杉木中硫酸镁成功浸入杉木管胞与硅酸钠反应并将其固化,导致其沉积物形貌不同,相比硅酸钠改性杉木其抗流失性提升了22.1%。TGA曲线中硅镁凝胶改性杉木的质量损失速率显著降低,由于无机组分的浸入,残余质量提升了27.09%。  结论  杉木经硅镁凝胶改性后,密度和强度增加,耐水性能改善,硬度、抗流失性及热稳定性显著提高,较硅酸钠改性杉木更具性能和应用方面的优势。      

WMC热稳定性的初步研究

为了了解木材-蒙脱土复合材料的热稳定性,本文利用热分析方法对木材、木材-酚醛树脂复合材料、木材-蒙脱土复合材料进行了对比分析。结果发现,木材-酚醛树脂复合材料的急剧失重起始温度明显比木材低,而木材-蒙脱土复合材料的急剧失重起始温度与木材相当。但复合材料的失重率比木材明显小,残余物比率也明显高于木材。复合材料难燃烧成分增加,炭化分解困难,热稳定性高。     

热处理木材的水分吸着热力学特性

为了弄清楚热处理木材细胞壁中的水分吸着环境，即由半纤维素和木素组成的无定形区构造的变化，本研究通过对未处理及１５０，１８０，２３０℃处理云杉材在温度为２０℃和５０℃时的水分吸着等温线的测定，得到了吸着水的微分吸着热ＱＬ、微分吸着自由能ΔＧ及微分吸着熵ＴΔＳ与水分吸着量Ｗ、热处理温度之间的关系．结果表明：①与未处理木材相比，热处理木材的水分吸着机构发生变化，即第一层吸着和第二层吸着不具有时间上的重叠性；②随着热处理温度的升高，水分吸着量减少，这是由于吸湿性的半纤维素发生变化而致；③在相对湿度为６０％时，微分吸着热ＱＬ和微分吸着熵ＴΔＳ随着热处理温度的升高而减少，这一现象意味着水分子与木材分子之间形成的氢键结合数量上的减少．     

木质基g-C3N4/TiO2复合涂层的制备及光催化性能表征

为改善木材易污染,易霉变的缺点,采用真空浸渍和液相沉淀法,将g-C₃N₄/TiO₂复合涂层负载于木材表面,对木材进行功能化改良,赋予木材光催化自清洁功能。使用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射、傅里叶红外光谱表征样品的表观形貌、相结构等。以罗丹明B为目标污染物,利用UV-VIS分光光度计测量降解效率,检测负载g-C₃N₄/TiO₂复合涂层的木质基材光催化性能。结果表明: g-C₃N₄/TiO₂复合涂层成功负载于木材表面,g-C₃N₄与TiO₂相互掺杂有效地提高了两者的光催化活性,负载g-C₃N₄/TiO₂复合涂层的木质基材具有一定的光催化功能。      

有机蒙脱土的差热分析曲线形状因子解析

用十八烷基三甲基溴化铵（STAB）、双-十八烷基二甲基溴化铵（DOAB）、三-十八烷基甲基溴化铵（TOAB）和蒙脱土（MMT）制备有机蒙脱土（OMMT）,在采用热质量-差热（TG-DTA）研究OMMT热分解动力学基础上,计算差热分析（DTA）曲线形状因子（Ф）。结果表明：OMMT插层改性效果好,MMT/STAB,MMT/DOAB和MMT/TOAB热分解动力学机理函数的差异源于STAB,DOAB和TOAB在OMMT晶体片层中采取的排列方式不同,且MMT/STAB的差热分析曲线对称性较好,MMT/DOAB和MMT/TOAB的差热分析曲线对称性较差,Ф值与其TG-DTG-DTA中差热分析曲线吻合。     

速生材木质部构造对浸渍特性的影响

为了探讨速生材浸渍过程,为设计浸渍改性工艺提供依据,作者采用脉冲式加压浸渍方式,将改性剂浸注于欧美杨原木木质部;通过光学显微镜和扫描电子显微镜观察杨木素材和改性材。观察发现杨木导管众多,导管间具有互列纹孔、穿孔板等构造,导管通过木射线联通成大毛细管体系,可在脉冲式压力作为推动力下迅速成为主浸渍渠道;导管、木射线与木纤维细胞间存在纹孔结构,可形成辅流通渠道;EXDA分析显示,浸渍剂可以一定程度上均匀渗透木材微孔。结果表明,速生杨木木质部细胞构造决定了浸渍发生时,杨木可在脉冲压力下迅速浸渍,但在一定时间内,浸渍才能趋于均匀。