木材细胞壁增强改性研究进展

物理化学改性能够提高木材物理力学性能,主要源于改性剂对木材细胞壁的物理化学作用。因此,从某种意义上讲,木材改性主要是指木材细胞壁的增强改性,通过物理化学等手段,可以有效促进改性剂进入细胞壁,从而增强细胞壁。而近年来先进分析技术在木材改性领域的应用,能够更直观更准确地对木材细胞壁性能变化及改性剂分布进行表征。然而,木材细胞壁增强改性研究仍然存在许多问题,需要更系统更深入的研究。主要从物理增强、化学增强以及纳米技术的应用等方面对木材细胞壁增强改性最新研究进展进行了总结,对存在的问题进行了分析,并对今后的研究方向与可能的突破进行了展望。     

杨树浸渍改性材物理及力学性能研究

利用聚乙烯醇缩甲醛复合改性剂对杨树木材进行浸渍改性处理,对比研究了杨树素材与改性材的物理性能及主要力学性能的变化,并利用扫描电子显微镜(SEM)分析了改性剂在改性材中的分布情况。结果表明:改性材的气干密度和抗缩系数(PASE)随改性剂浓度的上升而增加,改性材的气干密度最高为0.41 g/cm3,比素材的提高了13.9%,抗缩系数(PASE)最大提高到47.8%。改性材吸水率随改性剂浓度的上升而下降,与素材相比最大下降了19.2%。当改性剂的浓度为25%时,改性材的弹性模量和静曲强度达最大,分别为27.4%和13%。SEM分析显示改性剂填充于部分木射线以及交错纤维间的空隙中。     

改性剂对木塑复合材料力学性能影响的研究

采用木材纤维,分别与PE、PS、ABS、SAN等热塑性高分子聚合物,经热压复合工艺制成木塑复合板材,通过加入不同的改性剂以及改变改性剂的加入量,研究它们对木塑复合材料力学性能的影响。结果表明:改性剂的加入能使木材纤维与各种热塑性高分子聚合物很好地胶接;改性剂不同对木塑复合材料的性能产生不同的影响;改性剂的加入量为木材纤维用量的5%时,该法制作的木塑复合板材力学性能最佳。     

不同改性剂对木塑复合材料性能的影响研究

采用木材纤维分别与PE、PS、ABS、SAN四种塑料制成木塑复合材料，根据物理力学性能的检测，研究了不同改性剂对木塑复合材料性能的影响。结果表明：加入改性剂能改善木材纤维与所用塑料交接性能，改性剂可以提高复合材料的力学强度；不同的改性剂对复合材料的性能产生不同的影响，异氰酸酯胶改性效果比较好。木塑复合材料既保持了木质材料原来的优良品质，又具有塑料的一些特性，其防水性、尺寸稳定性、力学强度等指标均有较大改善。图5参6。     

聚乙烯醇缩甲醛胶对杉木木材的物理与力学性能的影响

对杉木素材与聚乙烯醇缩甲醛浸渍处理材的物理与力学性能进行了对比研究,并利用扫描电子显微镜(SEM)分析了改性剂在木材中的分布情况。结果表明:随着改性剂浓度的提高,改性材的气干密度和抗缩系数均逐渐提高,气干密度最大可达0.4 g/cm3,提高了5.7%,抗缩系数最大提高了18.8%;改性材的吸水率逐渐下降,最多下降了21.1%;当改性剂浓度为30%时,改性材的破坏极限和弹性模量分别提高了6.7%和35.3%;当改性剂浓度为15%时,静曲强度下降了9.9%。SEM结果表明,改性剂填充于部分木射线以及交错纤维间的空隙中。     

植物油改性木材研究进展

植物油是橄榄油、蓖麻油等不干性油,棉籽油、大豆油等半干性油和桐油、亚麻油等干性油的统称。植物油具有良好的疏水性和导热性,是一种颇具潜力的环保型木材改性剂。目前,利用植物油改性木材已取得了一定的研究成果。文中介绍了植物油的组成、类型及植物油改性木材的方法,并综述植物油改性后改性剂的渗透与分布及其对改性材的疏水性、吸湿性、尺寸稳定性、抗生物劣化性、力学性能及耐老化性能的影响,讨论了植物油改性木材的不足并提出了研究展望,以期对今后该领域的研究工作有所启发。     

脲醛树脂浸渍轻木改性工艺及性能研究

对脲醛树脂（UF）浸渍改性轻木木材工艺、超临界CO2处理对轻木木材的浸渍性影响以及浸渍改性轻木木材的物理力学性能进行了研究。不同超临界CO2处理和浸渍工艺条件对改性材的增重率、体积湿胀率和顺纹抗压强度均有影响,与其素材相比,浸渍改性轻木木材的尺寸稳定性和力学性能显著提高,在显微镜下观察到有较多树脂分布在导管和木射线细胞中。     

水溶性乙烯基单体改性木材尺寸稳定性提高机制

【目的】分析水溶性乙烯基单体改性前后木材极性基团数量和细胞壁结构变化,揭示水溶性甲基丙烯酸-2-羟乙酯(HEMA)和N-羟甲基丙烯酰胺(NMA)原位共聚改性木材尺寸稳定性提高机制,为该改性技术优化发展提供理论基础。【方法】采用动态水蒸气吸附和接触角表征水溶性乙烯基单体改性前后木材极性基团数量和表面极性变化,利用扫描电镜、拉曼光谱、X射线衍射、压汞法和氮气吸附系统研究改性剂在木材中的分布、细胞壁润胀、细胞壁两相结构以及孔隙变化情况。【结果】在相对湿度0%～95%环境下,HEMA和NMA改性材的平衡含水率明显低于未改性材;当相对湿度达95%及以上时,改性材的平衡含水率超过未改性材。利用H-H模型拟合分析浸水处理后改性材与未改性材的吸湿曲线发现,改性材原有极性基团数量有所下降但并不显著。接触角测试表明,改性材的表面极性大于未改性材,残留单体去除后改性材的表面极性弱于未改性材,残留单体可抑制木材疏水性能的改善。SEM观察结果显示,改性后细胞壁显著增厚,且细胞间隙减少。拉曼光谱分析得出,改性剂均匀分布于细胞壁中,结合SEM结果可知改性剂能够顺利进入细胞壁并润胀细胞壁。X射线衍射分析表明,改性材未出现新的晶体结构,且改性材的结晶度相对于未改性材变化较小。压汞法和氮气吸附测试表明,改性材的孔隙率相对于未改性材出现较显著下降,改性剂可成功填充细胞壁孔隙。【结论】HEMA和NMA改性木材可有效提高其尺寸稳定性,改性剂对细胞壁的充分润胀、加固及对细胞壁孔隙的填充作用是木材尺寸稳定性提高的主要原因。     

改性脲醛树脂胶低密度稻壳-木材复合材料制造工艺的研究

采用异氰酸酯(ISO)改性的脲醛树脂胶制造低密度稻壳-木材复合材料。稻壳与木质刨花的混合比例为1:1,施胶量为7%,试验结果表明,异氰酸酯改性的脲醛树脂胶黏剂适用于低密度稻壳-木材复合材料,其物理力学性能明显优于使用传统的脲醛树脂胶黏剂。低密度稻壳-木材复合材料的物理力学性能随着改性剂异氰酸酯用量的增加而提高。密度是稻壳-木材复合材料物理力学性能的重要影响因素,低密度稻壳-木材复合材料的物理力学性能随着密度的增加而提高。在设定密度为0.45g/m~3和0.5g/cm~3的条件下,3:4的ISO/UF的稻壳-木材复合材料的物理力学性能均达到日本刨花板工业标准(JIS A5908)的要求。     

有机硅溶胶-凝胶法改性木材Si元素的分布状态

采用正硅酸乙酯(TEOS)为改性剂先驱体,通过溶胶-凝胶法处理木材,以改善木材性能.为了探究有机硅溶胶-凝胶法改性处理木材的作用机理,应用电镜-能谱方法,分析改性木材中的碳、氧、硅三种元素的相对含量及分布状态.结果表明:随着增重率的增加,硅元素的相对质量分数不断升高,而碳元素相对质量分数降低,氧元素先降低后升高;验证了在木材内部SiO2的生成,而且硅元素主要分布在木材细胞壁表面.     

外负载TiO2功能化改性木材研究现状

TiO₂作为一种新型无机纳米改性剂,对于改善木材尺寸稳定性差、易燃、易朽、不耐虫蛀、易变色、耐老化性差等缺点,赋予其新的功能性具有良好的效果。文中主要对比了TiO₂负载木材的方法,即表面涂覆、水热法、溶胶—凝胶法和超声波辅助溶胶—凝胶法的机理和优缺点;分析了TiO₂改性对木材内部构造及微观结构的影响,归纳了TiO₂改性对木材吸湿性和力学性能的影响;概述了TiO₂在防水、阻燃、防腐、耐候、防变色、光催化和亲疏水双面功能型木材及磁吸附木材中的应用研究现状;归纳总结了TiO₂在改性木材科学研究中存在的问题,并提出合理建议,以期为实际生产和科学研究提供参考。     

木材改性及其干燥研究现状北大核心

为提高速生材材性,弥补其天然不足,木材改性成为一大研究热点。由于改性物质易堵塞木材水分迁移通道或改性剂团聚,木材干燥难度有所提高。本文从功能型改性和增强型改性两方面进行综述,对目前改性木材干燥现状及优化进行分析,以期为我国木材及改性木材干燥提供理论依据。     

热处理复合硅石溶液改性杨木的性能及机理研究北大核心

将硅石溶液经有机硅烷杂化后浸渍人工林杨木,再对其进行热处理,测试分析改性材的物理力学性能、化学结构及形貌特征,探讨木材联合改性机理。结果表明:1)复合硅石溶液改性使杨木的密度、强度和阻燃性均显著提高,但尺寸稳定性欠佳,热处理可明显增强其尺寸稳定性和阻燃性;2)改性剂填充固化于木材细胞腔,甚至渗入细胞壁中,可起到有效的增强作用;3)热处理可促进改性剂与木材组分发生稳固的Si—O—Si化学结合;4)联合改性材中Si原子配位数增多,缩聚固化程度更高,稳定性增强。复合硅石溶液/热处理联合改性是一种应用前景广阔的绿色木材改性技术。     

光谱成像技术在木材改性研究领域的应用进展

木材改性技术是木材提质增效的主要手段。改性剂筛选、改性工艺优化以及改性机理解析等都离不开先进的表征分析技术。光谱成像技术将光谱分析技术与显微成像技术相结合,能够精确表征样品物理化学结构,甚至微观性能,已成为木材改性研究的重要工具。针对近年来光谱成像技术在木材改性研究领域的应用现状,本文主要从红外光谱成像、拉曼光谱成像和激光共聚焦显微成像技术等方面进行了综述,并对此类技术在木材改性研究领域的应用前景进行了展望。     

有机/无机复合浸渍液对杨木的改性处理

利用脲醛树脂／丙烯酸酯乳液／硅溶胶三元复合浸渍液制备复合木材,并与杨木素材为对照。采用红外光谱研究复合木材的组成变化,热分析研究其热稳定性的变化,并研究了复合木材的力学性能。结果表明,杨木中的功能基团与复合浸渍液中的脲醛树脂可发生键合作用,使改性木材的热稳定性及力学性能均有所提高。     

木质人造板吸水过程中内部单元体尺寸及相对位置的变化

吸水易导致木质人造板物理力学性能的变化。为探讨木质人造板吸水后内部单元体尺寸及相对位置的变化,使用X射线断层扫描仪检测吸水前后4种中密度纤维板(MDF)、2种定向刨花板(OSB)和1种胶合板(PW)的内部单元体尺寸及相对位置的变化,分析了吸水导致人造板内部单元体尺寸及相对位置变化的原因,深入剖析了胶黏剂、添加剂和组坯方式对人造板结构稳定性的影响。结果表明,人造板吸水后尺寸增加主要集中在厚度方向。三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂和石蜡添加剂,二苯基甲烷二异氰酸酯胶黏剂能有效保持MDF内部单元体间相对位置的稳定。吸水后,酚醛树脂胶黏剂所制OSB易发生胶层分离。PW的内部组成结构可更好地保持人造板的尺寸稳定性和结构完整。试验结果为优化人造板生产工艺和指导人造板的合理使用提供了理论依据。     

氮羟甲基树脂/蔗糖改性木材的耐候性能

木材在户外应用过程中易发生开裂、变色、霉变、腐朽等材性劣化现象。利用10%氮羟甲基树脂(1,3-二羟甲基-4,5-二羟基乙烯脲)/20%蔗糖作为改性剂对杨木和辐射松进行改性处理,系统评价了改性处理对木材在哈尔滨户外39个月老化后的性能动态影响。结果显示:老化过程中木材表面的颜色变化主要发生在第1年,未处理木材表面由浅黄色向灰色转变,而氮羟甲基树脂/蔗糖改性木材则由改性后的棕色逐渐褪色至灰色,表明改性处理不能长期保护木材表面颜色。改性处理在最初的12个月内能够明显抑制木材表面微裂,之后抑制效果减弱。老化期间,改性木材含水率及含水率波动均低于未处理材,因此,改性处理有效抑制了木材在户外的变形。傅里叶变换红外光谱和X射线衍射分析显示,改性处理可有效减缓木材三大组分在老化初期(12个月)的降解速度,但经39个月老化后,改性与未改性木材表面木质素浓度和纤维素相对结晶度均下降到相似水平,表明改性处理对木材表面组分的长期保护能力有限。木材老化表面微观形貌观察显示,改性处理抑制了木材表层细胞(尤其是早材细胞)的脱落及变色菌在木材内部生长的深度。氮羟甲基树脂/蔗糖改性能够有效抑制木材在户外老化过程中的含水率波动、变形及变色菌的生长,有助于增强木材的户外耐久性。     

硅溶胶与GU/GMU树脂复合改性橡胶木的性能

【目的】采用硅溶胶与乙二醛-尿素(GU)/乙二醛-三聚氰胺-尿素(GMU)树脂混合溶液浸渍处理橡胶木,探究改性剂种类和浓度对橡胶木物理力学性能和热稳定性的影响,以扩大橡胶木的应用范围,提升橡胶木的附加值。【方法】以乙二醛、三聚氰胺和尿素为主要原料,分别合成GU、GMU树脂,与硅溶胶以不同比例配制成均一稳定的水溶性混合溶液。采用混合溶液浸渍处理橡胶木,并与硅溶胶改性橡胶木的增重率、尺寸稳定性和力学性能进行比较,通过热重(TG)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和场发射扫描电子显微镜-X射线能谱仪(FESEM-EDS)等手段,分析改性材的热性能、化学分子结构变化和微观构造。【结果】1)混合溶液改性材的增重率和尺寸稳定性随改性剂浓度增加而增大,当改性剂浓度相同时,S-GMU改性材的增重率和尺寸稳定性优于S-GU改性材; S-20%GMU改性材的增重率(28.32%)和抗胀缩率(42.02%)最大,相比S-20%GU改性材分别提高16.98%和14.40%。2)混合溶液改性材的抗弯强度随增重率增大而增加,S-20%GMU改性材的抗弯强度(114.96 MPa)相比S-20%GU改性材提高11.97%,弹性模量变化不大。3) S-GMU混合溶液起到稳定木材残留物的作用,S-GMU改性材热稳定性增强,S-20%GMU改性材残灰率分别是素材、硅溶胶改性材和S-20%GU改性材的5.25、1.20和1.12倍。4) S-GMU改性材在470 cm~(-1)和1 110 cm~(-1)附近出现Si—O—Si键和C—O—C醚键,说明硅溶胶和GMU树脂能够进入木材;同时,改性材在1 656 cm~(-1)和1 510 cm~(-1)处波峰强度下降,说明改性材的木质素和碳水化合物发生一定程度降解,其中S-20%GMU改性材降解程度最低。5)改性剂成功渗透并沉积在木材细胞腔和细胞壁中,S-20%GMU改性材中Si元素较多,Si元素与混合溶液分布均匀,改性剂浸渍效果更好; S-20%GMU改性材中N元素含量增多,说明GMU树脂能够进入木材。【结论】1)硅溶胶与GU/GMU树脂混合溶液浸渍处理橡胶木的增重率、尺寸稳定性和力学性能均优于硅溶胶改性材,且相同质量分数S-GMU改性材的性能优于S-GU改性材; 2)硅溶胶和GMU树脂成功渗透并沉积在木材细胞腔和细胞壁中,S-GMU混合溶液起到稳定木材残留物的作用,S-GMU改性材热稳定性增强。     

聚乙二醇交联水性超支化聚丙烯酸酯分散有机蒙脱土浸渍处理木材的性能

采用低分子量聚乙二醇200(PEG-200)与实验室合成的水性超支化聚丙烯酸酯(HBPA)分散有机蒙脱土(OMMT)乳液作为木材浸渍处理改性剂,对青杨(Populus cathayana Rehd.)边材进行浸渍处理,并对改性剂及其改性处理材进行化学结构分析以及形貌表征,分析改性剂对处理材的作用机理以及改性剂在处理材内的形态,并测试处理材的物理力学性能指标。结果表明:PEG-200与HBPA具有较好的相容性,OMMT在其中呈部分剥离状态;经过浸渍处理,部分HBPA和OMMT能够进入到木材细胞壁内,PEG能在HBPA和木材之间形成交联作用,但OMMT质量分数在4%时,部分OMMT填充在木材细胞腔内。改性剂处理材的物理力学性能提升,但OMMT质量分数4%相对2%的提升幅度不大。     

蔗糖/DMDHEU改性对木材涂饰和老化性能的影响

以改性杨木和辐射松及其对照材为研究对象,采用3种水性涂料分别对其进行涂饰处理,系统地研究了蔗糖/DMDHEU改性处理对响叶杨和辐射松木材涂饰和老化性能的影响规律。结果显示,与未处理木材相比,改性木材表面的水接触角稍微降低,漆膜附着力显著提高,这有助于增强水性涂料在木材表面的润湿性和耐久性。由于改性剂中含有大量未反应的自由羟基,因而导致漆膜在改性木材表面的干燥速度有所降低。经过12个月室外老化测试,改性木材表面颜色变化ΔE*较未处理木材小,改性木材表面产生的开裂比未改性木材少且小。红外光谱分析显示,所有老化木材表面的木质素典型特征峰均消失,表明该改性处理并不能实质性防止木材表面木质素的光降解。