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速生杨木材质疏松、密度小、物理力学性能和耐候性差,其应用范围受到限制。本文在前人研究基础上,利用硅溶胶、聚丙烯酸酯乳液、脲醛树脂三者的共混液作为浸渍液,探索了共混乳液体系稳定性的决定因素,并通过真空浸渍的方法制备了有机/无机复合木材。
研究表明,脲醛树脂长链分子的聚沉作用是破坏脲醛树脂、丙烯酸酯乳液、硅溶胶三元共混乳液体系稳定性的决定因素,在酸性环境下(pH<7),由于H<+>的存在,脲醛树脂会在酸的催化下发生缓慢的缩聚反应,短链分子逐渐变长,并且形成支链,长链分子吸附SiO<,2>颗粒,起到搭桥的作用,最后导致整个乳液体系的聚沉,稳定性遭到破坏。
通过真空浸渍工艺,有机/无机复合木材的顺纹/弦向/径向抗压强度与杨木基体相比分别提高了78%,82.1%,108.46%,3天浓硫酸浸渍损失率仅为0.60%,基本不能被碱液所腐蚀。同时具有优良的耐候性能,室外暴露150天后失重率仅为0.40%。电镜照片显示共混固化物对木材孔隙的填充致密而效果良好,固化物主要填充在导管和木材纤维的细胞腔中,固化物构造紧密充实,呈棒状紧贴细胞壁,在细胞腔内连续分布,充满了整个管腔,所有微孔的细胞壁上和间隙中几乎都有固化物的存在。有机/无机复合木材的热稳定大幅度提高,氧指数由21.7%提高到33.2%,热重分析显示有机/无机复合木材50%失重率温度比空白杨木提高了141℃,且热分解曲线下降平缓,耐热性能明显提高。
FTIR红外光谱分析显示,木材的化学成分与共混乳液中的脲醛树脂发生了化学作用,改变了木材木质素、纤维素骨架化学键间原有的结合方式,使骨架之间通过复合纳米脲醛树脂为桥而交联起来。
本文制备的有机/无机复合木材,性能优异,在资源相对短缺的情况下具有广阔的应用前景。