葡萄糖和氮羟甲基树脂改性杨木的探索研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xnf0769
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本论文选用自然界中分布广泛、价格低廉、使用方便、绿色环保无毒的生物质资源—葡萄糖作为木材改性的主要功能试剂。该处理可有效改善目前木材改性中使用的大部分试剂属于石油化工产品且价格昂贵、耗能量大、毒副作用大、对环境具有潜在危害等缺陷;顺应了可持续发展战略中经济、资源、环境相互协调、共同发展的方针。首先探索葡萄糖混合溶液改性定量滤纸的增重率和抗张强度,优化实验中的下列主要因素:最佳催化剂用量、最佳固化温度、最佳固化时间,以确定葡萄糖作为主要改性试剂、其他辅助试剂共同作用下改性滤纸的最佳配方。得出以下结论:(1)仅用葡萄糖对滤纸进行浸渍改性,水洗后滤纸的增重率仅为2%;当加入1wt.%的催化剂氯化镁,水洗后滤纸的增重率为12%,少量催化剂能使葡萄糖部分固定在滤纸纤维中;葡萄糖、1wt.%的氯化镁催化剂、5wt.%的2D树脂共存能提高滤纸的增重率,该方案中随着葡萄糖浓度的增加不仅可以提高改性滤纸的增重率,而且可以使纤维间的结合更牢固,增强其有距离抗张强度(当葡萄糖浓度为30wt.%时,滤纸的有距离抗张强度提高了约80%),同时可以改善2D树脂导致的零距离抗张强度降低趋势,30wt.%葡萄糖浓度下零距离抗张强度基本与未处理材一致。(2)综合分析处理材的增重率及抗张强度得出:本实验中催化剂氯化镁的最佳用量为1wt.%,最佳固化温度为140℃,最佳固化时间为8h。(3)SEM和滤纸试样断裂端面形貌可见:葡萄糖的加入能改变滤纸的颜色为棕黄色,葡萄糖与2D树脂、氯化镁共同作用下,滤纸的断裂端面呈规则、平滑的脆性断裂。其次,以葡萄糖和2D树脂溶液处理滤纸的最佳互配方案为基础,研究并分析了葡萄糖互配溶液处理速生杨木的主要物理性能、力学性能和防腐性能。得出如下结论:(1)葡萄糖、2D树脂、氯化镁共同作用下,处理材的增重率随着葡萄糖浓度的增加呈线性增加。葡萄糖浓度为30wt.%时,处理材水洗后的固定率达到56.8%;葡萄糖的加入对ASE有负影响作用,处理材的ASE随着葡萄糖浓度的增加而降低,葡萄糖浓度为30wt.%时ASE降低为-11%;处理材的抗吸水率(RWA)随着葡萄糖浓度的增加而增加,即在该配方中葡萄糖对处理材的抗吸水性有促进作用;处理材的明度变化率γ随着葡萄糖浓度的增加而降低,说明处理材变暗了;处理材的红绿轴色品指数变化率α则逐渐增加,试样更偏向红(或少绿),处理材的黄蓝轴色品指数变化率β逐渐增加,试样更偏向黄(或少蓝);处理材的色饱和度差值△C*增加,表示试样处理后比处理前颜色更鲜明;处理材的△E*色差值增加,处理材颜色变化增大。(2)葡萄糖、2D树脂、氯化镁共同作用下,处理材的MOE、MOR、抗压强度随着葡萄糖浓度的增加而增加,当葡萄糖浓度为30wt.%时,分别增加了 26%、25.3%、64.7%;葡萄糖混合溶液处理材的冲击强度呈降低趋势,冲击试样断裂端面随着葡萄糖浓度的增加越来越平整规则为脆性断裂,颜色也越来越深。(3)葡萄糖混合溶液处理材的耐腐等级:未经药液浸渍但高温干燥的未处理对比样在三种腐朽菌中的防腐等级均为不耐腐(Ⅳ)级;5wt.%2D与1wt.%氯化镁催化剂处理材对GT褐腐菌及CV白腐菌防腐等级为强耐腐(Ⅰ)级,对GD2#本地褐腐菌防腐等级为稍耐腐(Ⅲ)级;5wt.%葡萄糖、5wt.%2D与1wt.%氯化镁催化剂处理材对GT褐腐菌防腐等级为强耐腐(Ⅰ)级,对CV白腐菌防腐等级为稍耐腐(Ⅲ)级,对GD2#本地褐腐菌防腐等级为不耐腐(Ⅳ)级;依次随着葡萄糖浓度的增加,处理材防腐等级降低。说明在该混合溶液方案中,葡萄糖对处理材的耐腐性能起负作用。(4)处理材FTIR显示,在波数1713cm-1~1740cm-1处除了未经药液浸渍但高温干燥的未处理对比样和仅葡萄糖处理材,其他组均有吸收峰,2D树脂与氯化镁处理组的吸收峰最强,葡萄糖的加入使得吸收峰减弱,说明了 2D树脂、葡萄糖与木材是通过羰基(C=0)键结合在一起。综上所述,葡萄糖和氮羟甲基树脂改性滤纸及杨木取得了一定的效果,处理材增重率、抗吸水率、平衡含水率、ASE、MOE、MOR和抗压强度、防腐性能都有不同程度的改善。但是葡萄糖作为主要改性试剂如何能够更好的固定在木材中,进而改善木材的物理、力学等使用功能方面还需深入研究。
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