基于金屬浴和有機(jī)硅油熱處理木材的改性技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)今社會由于木材資源的匱乏，通過熱處理來改善木材性能的木材熱改性技術(shù)是擴(kuò)大木材運(yùn)用領(lǐng)域的有效方法。木材熱改性是指在不同的加熱介質(zhì)中，將木材置于160-230℃的高溫環(huán)境中，通過控制不同的反應(yīng)條件，從而實(shí)現(xiàn)對木材的改性。熱處理對木材的性能具有較大地提升，包括降低平衡含水率，提高木材天然耐久性和尺寸穩(wěn)定性等。近年來，基于不同熱處理技術(shù)和不同加熱介質(zhì)的木材熱處理工藝得到了廣泛的研究。熱處理過程中的溫度和處理時間是決定熱處理木材性能兩個最主要的

2、因素。
　　本研究采用硅油和金屬錫合金作為熱處理過程中兩種不同的加熱介質(zhì)，對選定樹種的木材進(jìn)行熱處理。在不同熱處理溫度和時間下，分別研究了在二甲基硅油和金屬浴兩種熱處理介質(zhì)對杉木（CunninghamialanceolataL.），梧桐（FirmianasimplexL.）和馬尾松（PinusmassonianaL.）木材性能的影響。熱處理前，木材試樣先在150℃的微波中預(yù)處理5分鐘，隨后在150℃，180℃和210℃的二甲基硅油

3、和金屬浴中分別熱處理2h，4h和8h。
　　1.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，二甲基硅油熱處理對杉木和梧桐的木材的物理和化學(xué)性都具有顯著的影響。
　　（1）經(jīng)二甲基硅油熱處理后，杉木的收縮性顯著降低。當(dāng)熱處理溫度為210℃，處理時間為8h時，木材的切向，徑向和縱向的收縮率分別為4.34％，2.97％和0.31％。
　?。?）與未處理的木材相比，二甲基硅油熱處理木材的顏色加深，并且隨著熱處理溫度的升高（150℃-210℃）和熱處理時間的

4、延長（2h-8h），木材的總體色差值（ΔE*）從21.89的增加到61.81，結(jié)果表明熱處理會顯著增加木材的顏色。
　?。?）熱處理木材在切向上的抗?jié)衩浡蕪?9.61％增加到58.68％，徑向上從12.29％增加到49.38％，在縱向上的抗?jié)衩浡蕪?1.89％增加到61.81％?？?jié)衩浡实膶?shí)驗(yàn)結(jié)果表明，二甲基硅油熱處理木材的尺寸穩(wěn)定性隨著熱處理溫度和時間的增加而增加。
　?。?）當(dāng)熱處理溫度為150℃，處理時間為8h時，二甲

5、基硅油熱處理木材的密度顯著增加至75％（0.98g/cm3），隨著熱處理溫度升高至210℃，處理時間為8h時，熱處理木材的密度逐漸降低至8％（0.61g/cm3）。通常情況下，與未處理的木材相比，熱處理后的木材具有較高的密度。
　?。?）當(dāng)二甲基硅油熱處理溫度為210℃，處理時間為8h時，熱處理木材的化學(xué)組成發(fā)生顯著變化，與未處理的木材相比，杉木的抽提物和木質(zhì)素含量分別增加到4.72％和50.54％，而灰分，纖維素，半纖維素和綜纖

6、維素含量分別降低至9.02％，35.66％，4.99％和40.65％。經(jīng)二甲基硅油熱處理后的梧桐木材的化學(xué)成分也得到相同的變化趨勢。
　?。?）紅外光譜分析表明，二甲基硅油熱處理木材化學(xué)成分的變化主要是由于木材內(nèi)部的天然高聚物組分發(fā)生了降解，這是木材能夠進(jìn)行熱處理改性的主要原因。
　?。?）熱穩(wěn)定性分析結(jié)果表明，在相同分解溫度下，未處理木材的質(zhì)量損失明顯高于二甲基硅油熱處理木材的質(zhì)量損失，說明熱處理木材具有較高的熱穩(wěn)定性。熱

7、處理木材的熱穩(wěn)定性的提高，主要是由于具有較高熱分解溫度的木質(zhì)素的含量提高。
　?。?）X射線衍射分析表明二甲基硅油熱處理顯著提高了木材的結(jié)晶度。與未處理木材38.83％的結(jié)晶度相比，經(jīng)高溫?zé)崽幚砗蟮哪静牡慕Y(jié)晶指數(shù)明顯增加，達(dá)63.78％。
　　2.金屬浴熱處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，金屬浴熱處理對杉木，梧桐和馬尾松的生物特性，物理性質(zhì)和力學(xué)性能等同樣具有顯著的影響。
　?。?）金屬浴熱處理后的木材耐腐性隨熱處理溫度的升高而提高，

8、表現(xiàn)出對腐朽菌具有一定的抵制能力。在熱處理溫度為210℃，處理時間8h時，熱處理后的杉木對于彩絨革蓋菌和綿腐臥孔菌的質(zhì)量損失分別為7.32％和7.32％，熱處理后的梧桐對于彩絨革蓋菌和綿腐臥孔菌的質(zhì)量損失分別為3.89％和3.57％。
　?。?）杉木和梧桐熱處理材的抗?jié)衩浡史謩e為66.20％和69.16％，表明金屬浴有助于改善兩種木材在熱處理后的尺寸穩(wěn)定性。
　　（3）金屬浴處理后的杉木和梧桐對腐朽菌具有一定的抵制能力，木材

9、防腐實(shí)驗(yàn)后的電鏡分析表明，熱處理木材的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)較完整，并且孔壁結(jié)構(gòu)無明顯的損傷。
　?。?）金屬浴熱處理馬尾松的力學(xué)性能隨不同的熱處理溫度和時間有不同程度的下降。當(dāng)熱處理溫度為210℃，時間為8h時，熱處理材的彎曲強(qiáng)度為87.61MPa，彈性模量為11299.01MPa，沖擊彎曲強(qiáng)度為1.48MPa，與未處理的馬尾松木材相比顯著降低，表明金屬浴熱處理對木材力學(xué)性能有較顯著的影響。
　　（5）當(dāng)金屬浴熱處理溫度為210℃，時