木材-氯氧镁复合材料制备与增强机制研究

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangyingygp
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木材/氯氧镁复合材料可解决传统人造板的甲醛释放和火灾隐患问题。但氯氧镁水泥(MOC)自身耐水性差且在改善耐水性的同时易产生大的孔隙及裂纹,导致力学性能降低。此外MOC在木材表面的滤过效应使界面处形成弱界面层,造成胶接强度低,性能不稳定等问题。针对上述问题,本文通过对MOC结构及性能调控、构建“Mg O-Mg Cl2-H2O”稳定体系,制备耐水、强界面结合的木材/MOC复合材料。研究MOC成分、结构变化影响因素及MOC耐水增强机制;探究稳定体系对界面成分、结构的稳定效果及预处理方法对胶接界面结构及性能的影响,解析木材/氯氧镁复合材料的胶接界面结构调控及性能增强机制,为解决木材/MOC的弱界面层问题,开发高性能木材/MOC复合材料,扩大木材应用领域提供理论依据和技术支持。研究结果如下:(1)在8℃及25℃条件下,随着H2O/Mg Cl2摩尔比增加,MOC中5相含量增加,3相含量减少,且无氢氧化镁相生成,但MOC微观结构致密程度降低;在40℃及55℃条件下,随着H2O/Mg Cl2摩尔比增加,MOC中氢氧化镁相显著增加,5相含量明显降低甚至消失,并伴随着3相结构的出现,微观结构变得更疏松。对木材/MOC复合材料的阻燃性评估表明木材/MOC的阻燃性能显著优于SPI-木材及UF-木材。(2)添加D-葡萄糖酸钠盐和植酸,在提高耐水性的同时能有效提高力学性能。添加D-葡萄糖酸钠后大孔孔隙率显著降低,力学性能及耐水性能提升,添加1.2%的D-葡萄糖酸钠,所制备的胶合板干胶合强度和湿胶合强度分别为2.55 MPa及1.54MPa,相比于纯MOC(2.44 MPa和1.27 MPa)分别提高了4.51%和21.26%。添加植酸后,体系内的裂纹明显减少,力学性能及耐水性显著增强,添加0.6%植酸制备的胶合板其干胶合强度和湿胶合强度分别为2.72 MPa和1.70 MPa,相比于纯MOC制备的胶合板分别提高了16.24%和24.09%。(3)通过构建“Mg O-Mg Cl2-H2O”稳定体系能够调控木材/氯氧镁界面结构及性能。基于酚胺化学策略,添加缩合单宁、含氨基化合物(SPI和PAM)及聚丙烯酸钠(PAAS)协同增强MOC体系。其中添加2%单宁、2%PAAS及6%SPI制备的氯氧镁复合材料初黏性提高12倍以上,胶合板干胶合强度及湿胶合强度分别提高7.86%及21.67%。利用聚乙烯醇(PVA)链的多羟基和柔韧性,添加戊二醛为PVA及木材间的交联分子增强界面相互作用。其中包含5wt%2488型PVA的MOC复合材料消泡后制备的椴木搭接胶接界面处的5相含量由47.4%提高至56.9%,相比于MOC-纯,搭接干胶合强度和湿胶合强度分别提高了18.26%及28.57%。所制备的杉木搭接胶接界面处5相含量显著提高,且添加5wt%2488型PVA复合材料制备板材干胶合强度相比于MOC-纯提高了24.03%。(4)受牡蛎在水中稳定黏附的启发,添加玉米淀粉和聚丙烯酸钠可制备出高黏附性、体系稳定的耐水高强度MOC复合材料及胶合板。其中添加4%玉米淀粉和1%PAAS的MOC复合材料在木材胶接界面处的MOC的5相含量由48.5%增加至53.0%,且MOC的初黏性、渗透性及胶接强度显著增加。胶合板的干胶合强度与湿胶合强度分别提高了20.00%与39.82%。(5)采用氧化镁对木材预填充可缓解滤过效应产生的弱界面结合,促进界面处MOC中5相晶体生长。将氧化镁与木粉共混球磨后制备的木材/氯氧镁复合材料,木材上生长的晶体显著增多,添加15%氧化镁预填充的木粉和碱处理木粉制备的MOC复合材料的抗弯强度分别为木粉和碱处理木粉制备的MOC复合材料的5.4倍和7.5倍;对木材进行TEMPO氧化后,木材表面的羧基官能团与5相晶体有协同作用,界面结合增强,复合材料的弯曲韧性显著增加。这两种木质材料预处理方法均可增加木材/MOC复合材料体系的MOC中5相含量及增强胶接界面。
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