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杨木速生材填充改性研究

作　者: 周群
导　师: 魏象
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 木材科学与技术
关键词: 木材浸渍工艺增重率模拟曲线晶体类型
分类号: S781.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

自从国家实施天然林保护工程以后,大力营造人工林已成为解决我国木材供需矛盾的重要途径。杨树是我国重要的人工林树种之一,有效利用速生杨木成为解决我国木材消费缺口的重要途径之一。但人工林杨木材质疏松、早晚材差别较大,导致力学性能差,限制了其应用范围。所以本文希望通过研究改性速生人工林木材的方法来制造一种新型的木材,高效利用速生材,克服其固有天然缺陷。本研究采用人工林速生材杨木作为浸渍填充改性试验的试材,试验中先后用氯化钙和碳酸钠等溶液对其进行处理,浸入木材的钙离子与碳酸根离子结合,在木材微纤丝间隙和管胞(或纤维)的胞腔中生成碳酸钙沉淀,得到木材-无机复合材。其离子反应式如下：Ca2+CO32-→CaCO3。目前,对木材-无机复合材的工艺研究的比较多,但基础理论研究较少,本论文从基础理论方面讨论了无机盐在木材中的吸附状况。首先通过正交试验设计确定出浸渍处理人工林杨木的最佳工艺参数；并进一步探索增重率随时间的变化曲线；然后对处理后木材的各项物理力学性能如弹性模量、静曲强度、硬度等进行了系统的检测和评价；最后采用现代分析测试仪器,分析了杨木无机盐填充处理后CaC03在木材内部的分布情况以及该处理方法引起的木材内部晶体状态、木材化学基团的变化。结果表明：(1)采用CaCl2和Na2C03溶液浸渍处理杨木的最优工艺为反应温度为60℃,CaCl2溶液浓度为40%,Na2C03溶液浓度为25%。在这个工艺条件下,处理杨木增重率达到32.4%。(2)力学性能检测方面,经过浸渍填充改性的试件比未处理试件各方面的力学性能都有增强,静曲强度增加了10.1%；弹性模量增加了23.7%；顺纹压力增加了24.3%；顺纹抗压强度增加了25.1%；硬度增加了23.5%。(3)在研究增重率随时间的变化曲线试验中可得增重率随时间的变化曲线呈“S”型曲线,类似于吸附曲线,具有“多分子层吸着”的特征。利用origin数据分析软件对其进行曲线拟合,拟合曲线方程为：20mm*20mm*10mm尺寸：Y=31.4-28.8/(1+e(x-60.1)/7.4);30mm*30mm*10mm尺寸：Y=25.7-22.7/(1+e(x-64.7)/7.5);40mm*40mm*10mm尺寸：Y=19.8-14.3/(1+e(x-52.2)/18.8)。(4)通过扫描电镜(SEM)对处理后CaC03在木材内部的渗透和分布情况的观察以及傅立叶红外(FTIR)对处理后木材化学基团变化的分析,表明CaCO3以晶体形式填充在木材细胞壁、细胞间隙、导管及射线管胞中,主要的晶体形态有椭圆状、圆柱状、玉米棒状及竹笋状并聚集成菜花状结构,属于文石型和方解石型晶体。其中有些晶体仍为纳米级的晶粒,而大多数晶体由于纳米粒子的相互吸附构成了更大的晶粒。红外分析表明,碳酸钙填充在木材内,基本没改变各个峰的位移,只是在处理试件的光谱图中增加了C032-的特征峰。碳酸钙在木材内是否与木材中的化学成分发生了反应,有待更进一步的研究与观察。

杨木速生材填充改性研究

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