新西兰辐射松被广泛用于木结构房建造、建筑物装饰装修、家具制造等各种精加工产品,但却容易受真菌感染而出现蓝变,大大影响其美观效果,从而影响到其使用范围。本文以新西兰辐射松为研究对象,对其进行常压过热蒸汽热处理,以温度(160℃~210℃)和时间(1h~3h)两个变量进行全因素试验,研究热处理工艺对辐射松热处理材颜色、润湿性、吸湿性等的影响。应用origin8.0等统计分析软件进行分析,优化辐射松高温热处理工艺,并利用动态水分吸附仪(DVS)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)等技术手段揭示热处理材颜色、润湿性与吸湿性变化机理。本文主要研究内容及主要结论如下:(1)热处理工艺对辐射松表面颜色的影响研究:采用不同的热处理温度和时间对新西兰辐射松蓝变材和未蓝变材进行高温热处理,分析热处理温度、时间对试材颜色的影响,建立各颜色指标与热处理温度和时间的二元回归方程,并进行方差分析,结果表明:随着处理温度的升高和时间的延长,试材的明度(L~*)逐渐降低,红绿色品指数(a~*)逐渐增大,黄蓝色品指数(b~*)逐渐减小(蓝变材b~*逐渐增大),总体综合色差(ΔE)增大。蓝变材和未蓝变材的颜色差异逐渐变小,蓝变色斑在热处理条件为190℃,3h时达到肉眼看不到的程度。蓝变材与未蓝变材的各颜色指标与热处理温度与时间的二元回归方程拟合度R~2均大于0.91,拟合程度良好。在α=0.05水平上,热处理温度和时间及其两因素共同作用对L~*、a~*、b~*、ΔE的变化影响均极为显著,其中温度对各颜色指标的影响最显著。(2)热处理辐射松表面润湿性研究:测定在0s和18s时三种不同极性的液体与辐射松木材的接触角,并计算其表面自由能,建立热处理辐射松木材接触角与热处理温度和时间的二元回归方程,并进行方差分析。结果表明:随着处理温度的升高和时间的延长,三种液体在0s和18s时的接触角逐渐增大,接触角从大到小顺序均为:蒸馏水>甲酰胺>二碘甲烷。随着热处理温度的升高,木材表面自由能γ呈下降趋势。三种液体的两种接触角与热处理温度与时间的二元回归方程拟合度R~2均大于0.90,拟合程度良好。在α=0.05水平上,热处理温度对三种液体的两种接触角均显著,而热处理时间及其共同作用对其均不显著。因此,热处理温度对接触角变化的影响最为重要。(3)热处理辐射松吸湿特性研究:测定辐射松木粉在25℃下的等温吸湿解吸曲线,对其进行GAB模型拟合,同时利用热力学方程进行热力学分析。结果表明:高温热处理可以显著降低木材平衡含水率,在相对湿度不变的条件下,热处理材吸湿和解吸平衡含水率随热处理温度的升高而逐渐降低,其等温线型呈“S”型。辐射松吸湿滞后系数随着热处理温度的升高而逐渐减小,随相对湿度的升高吸湿滞后系数逐渐增大。辐射松经过热处理后,有效比表面积在162~122m~2/g范围内,且随着热处理温度的升高而逐渐减小。在相同的湿度条件下,热处理温度对吸附水层厚影响并不显著,不同温度处理的试材吸附水层厚度最大仅相差一个水分子。在30%相对湿度下,辐射松木材的吸附水达到1层,在此基础上进一步形成多层分子吸附,外推法得到的吸附水分子厚度约为7~9层分子。辐射松木粉等量吸附热Q_a与吸附结合能L均随平衡含水率的增大呈下降趋势,木粉平衡含水率越大,水分活度越大,相应的等量吸附热Q_a与吸附结合能L越小,并最终趋于稳定。(4)辐射松热处理材性质变化机理:傅里叶红外光谱及X射线光电子能谱分析表明,木材在热处理过程中木质素发生降解,使得许多发色基团和助色基团数量发生变化,同时在热处理过程中,半纤维素降解生成的酸性物质对木质素的降解以及木质素与其他物质的反应起到催化作用,进一步加速了木材在热处理中的化学反应,半纤维素降解产生的糖醛等发色物质又进一步加深了木材的颜色。热处理材中的羟基(-OH)吸收峰和羰基(-C=O)吸收峰的强度显著降低,同时木材内半纤维素多聚糖分子链上的乙酰基水解生成醋酸,使得羰基数量减少,在酸性条件下,木材细胞壁物质中的木质素发生酯化反应,使得强吸水性的羟基数量减少,羰基数量增加,从而导致热处理材的润湿性与吸水性降低。X射线衍射图谱分析表明,热处理材结晶度明显增大,进一步减少了羟基与羰基的数量,从而导致热处理材润湿性与吸湿性的降低。