不同含水率状态下木材细胞壁孔径分布变化

  目的  探究由水分所引发的木材细胞壁孔隙结构变化规律与机制,为木材的热质转移、渗透性以及木材改性提供理论指导。  方法  将杨木和杉木分别制成5 mm（径向） × 5 mm（弦向） × 1 mm（轴向）的木片,基于氮气吸附法、差示扫描热孔计法考察试样在绝干状态、气干状态、纤维饱和状态和饱水状态4种典型水分状态下的孔径分布、比表面积、孔体积等特征参数,并对比不同状态和不同树种间的孔隙结构差异。  结果  木材细胞壁孔径大多在10 nm以下,尤其以4 nm以下为主,10 nm以上孔隙相对较少;随着含水率的提升,木材细胞壁孔径分布曲线显著升高,从气干状态到纤维饱和状态,杨木和杉木的孔径分布最大值分别增加了52.73%和58.62%,而从纤维饱和状态到饱水状态,两者分别增加了435.24%和470.43%。  结论  在木材由绝干状态逐渐吸湿,以及吸水至饱水状态的过程中,木材细胞壁孔隙体积呈明显增大趋势。在木材达到饱水状态后,细胞壁孔隙体积增大至极限,但由于自由水的冰点下降,其在?2 ℃左右产生大量吸热信号进而干扰测量结果,故此时差示扫描热孔计法所测得的孔径分布参考范围有限。不同树种间孔隙分布差异不明显。      

木材细胞壁的超微构造与气凝胶型木材的制备原理

阐述了木材细胞壁的化学组成、超微构造及壁层结构.根据木材细胞壁的结构,气凝胶型木材的制备主要包括3个步骤:木材细胞壁S3层的破坏;木材细胞壁的膨化;超临界干燥.通过对木材细胞壁的超微构造的分析,从原理上对气凝胶型木材制备的各个步骤进行了简要的叙述.     

细胞壁微纤丝角和结晶区对木材物理力学性能影响研究进展

木材是由不同种类的细胞组成的天然材料,其实体物质是组成其结构的各类型细胞的细胞壁。细胞壁的超微构造主要包括微纤丝和结晶区,微纤丝角能表征纤维素微纤丝的取向,纤维素大分子链排列的有序程度及排列形态决定其结晶程度和微晶形态等结晶区特征。基于前人的研究,系统概述了细胞壁微纤丝和结晶区对木材物理力学性能影响的研究进展,重点围绕微纤丝角和结晶度2个方面,分别归纳了二者对木材密度、尺寸稳定性、木材声学等物理性质以及弹性模量、强度等力学性质的影响作用,同时阐述了微纤丝角与木材硬度和刚度以及结晶度与冲击韧性等的相互关系,并概述了细胞壁微晶形态对木材润湿性和纤维强度影响方面的研究进展,最后对今后的研究方向进行了展望。     

水分引发的木材细胞壁无定形物质对纤维素结晶结构的影响

  目的  聚焦于水分引发的木材细胞壁纤维素结晶结构变化,利用温和的方法不同程度脱除细胞壁无定形物质（半纤维素、木质素）,探讨典型的水分状态（绝干状态、近纤维饱和点、饱水状态）对纤维素结晶结构的影响及其与无定形物质的相互作用。  方法  以杨木为实验材料,将20 mm（轴向） × 3 mm（径向） × 20 mm（弦向）的木片在常温下,以亚氯酸钠和冰醋酸脱除木质素,以氢氧化钠脱除半纤维素,分别制得不同程度脱除木质素、半纤维素以及二者共同脱除的试样,并将其和未处理试样的水分状态分别调至绝干、近纤维饱和点和饱水状态,再利用X射线衍射技术测定各组试样（200）、（1-10）、（110）晶面的衍射峰的位置（2θ）,分析晶面间距。  结果  绝干试样（200）晶面衍射峰的位置随无定形物质脱除而改变,其（200）晶面间距随无定形物质脱除率的提高而呈减小的趋势;各试样的（200）晶面间距均随试样内水分含量的增加而减小,且对于脱除木质素或半纤维素的试样,木材在水分达到近纤维饱和点时的晶面间距减少量占至饱水状态时晶面间距减少量的百分比较大;（1-10）和（110）晶面的衍射峰随试样中水分的增加而出现分离的趋势。  结论  在绝干状态下,无定形物质收缩对纤维素结晶结构施加拉力;木材细胞壁物理化学环境的变化会影响无定形物质与水分的相互作用,水分进入无定形物质使其膨胀而释放对结晶结构的拉力,该作用主要由进入细胞壁的水分引起,（200）晶面为主要受力的晶面。      

基于树木天然生物结构的气凝胶型木材的理论分析

目前纳米技术在木材科学中的应用主要是木材-纳米复合材.在介绍气凝胶材料的性质及其应用的基础上,重点从树木天然生物结构出发,对木材细胞壁的微观构造、所含凝胶物质及木材的智能效应等进行分析,并将木材的结构和物理性质与气凝胶材料进行对比,提出了气凝胶型木材的概念.     

木质素基因调控对木材细胞壁化学组分与微观结构影响的研究进展

木质素是木材细胞壁的第2大化学组分,对树木新陈代谢和生长发育具有重要作用,但木质素的存在阻碍了木材资源作为木质纤维材料的利用。文章分别详细阐述了木质素基因调控对木材细胞壁组分和组织细胞微观结构两方面影响的研究进展,以期为优质速生人工林的选育和培育提供科学理论依据,并在前人研究成果的基础上进行了展望。     

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。      

木材细胞壁的构造及其主成分的堆积过程

该文对有关木材细胞壁构造和木材细胞壁形成过程的主要研究做了归纳,尤其是对木质部形成和分化机理,木材细胞壁主成分的堆积过程的最新研究成果做了比较详细的介绍．这些研究对于我们清理迄今为止在木材构造方面的研究工作,确定２１世纪中国木材解剖学研究方向有一定帮助和借鉴     

木材空隙的理论评价

为了从理论上对木材的宏观及微观空隙进行评价,本文首次利用吸湿体积变化率（MAV）法计算了木材细胞壁的空隙率,并与BET吸附法进行比较发现,利用MAV法计算木材细胞壁的空隙率为7%,比表面积为277m2/g;利用BET吸附理论计算木材细胞壁的比表面积为238m2/g。计算表明,木材细胞壁具有介观孔隙及巨大的比表面积。     

木材细胞壁超微构造的形成、表征及变化规律

细胞壁是木材的实体物质,细胞壁超微构造因纤维素大分子链复杂的排列方式而具有多样性。微纤丝和结晶区均属木材细胞壁的超微构造,其形成、表征及变化规律的研究取得了很多进展。从微纤丝和结晶区的生物形成、微纤丝角和结晶度的表征方法、微纤丝角和结晶度在木材径向及轴向上的变化规律和少数树种中微晶形态变化特点,以及细胞壁超微构造与细胞形态的相关关系进行了综述,提出微纤丝取向形成机制的研究,细胞壁各层厚度累积的过程,以及纤维素微晶形态在木材生长过程中的变化规律研究将成为新的研究热点,以期为基于细胞壁微纤丝角、结晶度和微晶形态来进行多性状的综合遗传改良和早期良种选育等提供重要的科学依据。     

木材细胞软X射线接触显微成像研究

首次运用同步辐射软Ｘ射线接触成像进行木材构造的研究。结果表明,木材构造中的细胞大小形态,细胞壁的分层结构,微纤丝的排列,交叉场纹孔等特征,可以清晰地观察到,因此该技术的应用对木材科学的发展将起促进作用。     

分形理论在木材科学领域中的应用

阐述了分形理论的基本概念、分形结构的主要特征以及分维的计算方法,总结了分形理论在木材解剖学、物理学、力学、无损检测及环境学中的应用情况,讨论了利用分形理论对木材细胞壁中纳米纤维的超微构造进行定量表征的可行性。结果表明:木材细胞壁中不同尺寸纤维的结构特征和组合排布关系,符合分形体系所要求的无特征长度和自相似性两大特征,可应用分形的方法对木材细胞壁中纳米纤维的微观构造进行定量表征。     

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．     

γ射线辐射对木材构造和材性的影响

该文在归纳高能射线的种类和高能射线辐射对木材作用机理的基础上 ,详细地归纳了高能射线 ,特别是γ射线辐射对木材构造和木材化学、物理、力学性质的影响 .本质上 ,当射线辐射剂量较高时 ,将引起木材细胞壁结晶度降低 ,细胞壁主成分分子链切断 ;当射线辐射剂量较低时 ,可能导致细胞壁主成分产生交联 .在此基础上 ,作者提出了利用γ射线辐射固定木材变定和研究木材变定永久固定机理的构想     

γ射线辐射对木材构造和材性的影响

该文在归纳高能射线的种类和高能射线辐射对木材作用机理的基础上,详细地归纳了高能射线,特别是γ射线辐射对木材构造和木材化学、物理、力学性质的影响.本质上,当射线辐射剂量较高时,将引起木材细胞壁结晶度降低,细胞壁主成分分子链切断;当射线辐射剂量较低时,可能导致细胞壁主成分产生交联.在此基础上,作者提出了利用γ射线辐射固定木材变定和研究木材变定永久固定机理的构想.     

古代与现代柏木的水分吸附热力学比较研究

【目的】探究考古木材与现代木材在水分吸附热力学方面的不同及原因，旨在提高出土饱水木质文物的尺寸稳定性，可以为出土饱水考古木材的保护研究提供理论依据。【方法】以古代与现代柏木为研究对象，分别采用扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱表征试材的微观形貌和化学基团；利用动态水分吸附分析分别测定25和50℃下的试材吸湿和解吸等温吸附曲线，并基于Hailwood-Horrobin水分吸着理论进行拟合，结合Clausius-Clapeyron公式分别计算试材的微分吸着热QS、自由能变化ΔG及微分吸着熵ΔS，分析考古试材与现代试材在吸附热力学量的差异。【结果】与现代木材相比，考古木材的细胞壁腐朽明显，产生大量细胞壁孔洞，并有菌丝体的存在。考古木材纤维素、半纤维素降解严重，而木质素相对含量升高，且极性基团-OH、-COOH含量减少。在一定温度下，考古木材的平衡含水率大于现代木材，而QS、ΔS值均低于现代木材，并在含水率5%处产生拐点，该拐点对应单分子层吸着水达到饱和；另一方面，考古木材和现代木材的ΔG值差异不大；考古木材在吸湿平衡态下QS、ΔG、ΔS值小于解吸平衡态的值。【结论】考古木材在经历长时间腐蚀后，细...     

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。      

木材防腐技术

木材是由无数很小很小的细胞组成的,细胞壁与胞腔中还含有水分与空气.水分和空气是菌类与害虫为害木材的主要条件.木材腐朽主要是由于真菌和细菌这两大类微生物侵害的结果.真菌对木材的破坏力、破坏速度要比细菌大得多.     

木材主要化学成分的染色及其对木材纹理的影响

木材纹理的产生决定于木材组织结构的差异,而不同的组织结构显示其化学组分差异,试验证实同一染料对木材的主要化学组分的染色性不同,从而染色深化了木材纹理．不同染料对木材纹理的深化程度不同．     

木材低分子量树脂改性研究进展

人工林木材密度较低、材质较差、防护性能弱,应用范围受到极大的限制。低分子量树脂处理是提高人工林木材各项性质、增加其附加值的有效途径。作者综述了国内外近年来树脂改性的研究进展,对改性工艺、改性前后木材的各项性能变化以及改性机理研究进行了详细评述,并总结了树脂在木材中的存在状态以及与细胞壁的结合情况,最后提出了本领域的发展趋势,以便为木材树脂改性的进一步研究提供参考。