【摘要】：木材作為四大原材料之一,是一種可再生、可循環(huán)利用和可自然降解的綠色環(huán)境友好材料。然而,我國原生優(yōu)質森林資源嚴重匱乏,速生人工林木材雖量大,卻材質差、易變形,難以滿足建筑、家居等領域對木材質量的要求。楊樹作為我國種植面積最廣、也是山東省境內最主要的速生人工林樹種,其材質松軟、易變形導致尺寸穩(wěn)定性差,影響了這部分儲量豐富的楊木資源的高效利用。為此,本研究選用楊木為原材料,重點探索了兩種技術:仿生超疏水自清潔技術和高溫熱改性技術,來改良楊木的尺寸穩(wěn)定性,以期獲得楊木尺寸穩(wěn)定化的關鍵技術;在此基礎上,對比篩選出優(yōu)化技術,對極易變形的壓縮楊木進行尺寸穩(wěn)定化處理,以驗證該優(yōu)選技術的有效性和實用性。研究結果如下:(1)受大自然荷葉超疏水自清潔特性的啟發(fā),用溶膠-凝膠法合成了乙醇載的納米二氧化硅超疏水乳液,其粒徑約110nm,它可穩(wěn)定懸浮于乙醇溶劑中超過一年時間,且綠色環(huán)保,價格低廉;其噴涂于木材表面,納米二氧化硅均勻分布在木材微米級粗糙結構表面,構成了均勻的微納米層級結構,使得木材獲得靜態(tài)水接觸角大于150°、滾動角小于10°的超疏水表面,且該涂層并不影響木材表面的視覺效果,改性木材獲得極佳的尺寸穩(wěn)定性,連續(xù)浸泡水24小時,尺寸幾乎不膨脹,表明該技術改良的木材具有了優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性,且該技術可保障木材力學強度,賦予木材一定的熱穩(wěn)定性和自清潔特性;然而,該超疏水表面的耐磨性較差,200g砝碼重力下,耐240目砂紙磨損的能力不超過20次(每次移動10cm),影響了該技術的廣泛應用。(2)利用高溫熱改性技術,在真空條件下處理楊木,分別探討了170℃、180℃、190℃、200℃、210℃條件下,不同處理時間的楊木的尺寸穩(wěn)定性。研究結果表明,190℃、10小時條件下,楊木在力學強度不發(fā)生顯著降低的情況下(木材的抗彎強度、抗壓強度、耐磨性能和沖擊韌性都會發(fā)生不同程度下降),獲得了較佳的尺寸穩(wěn)定性;化學組分中吸水羥基減少,是導致其尺寸穩(wěn)定性改善的主要原因。(3)對比兩種尺寸穩(wěn)定化技術,從性價比和易推廣角度分析,優(yōu)選高溫熱改性技術,并以此來進一步處理壓密化木材,以檢驗高溫熱改性技術對極易變形的壓縮木材的尺寸穩(wěn)定性的改善效果,同時,通過壓密技術來解決高溫熱改性木材力學強度降低的弊端。結果表明,壓密化木材在不同壓縮比例(30%、50%、70%)的情況下,高溫熱改性技術均可明顯提高其尺寸穩(wěn)定性,且改良后的壓密化木材具有比未改性楊木更高的力學強度,證明了該技術的有效性和實用性。
【學位授予單位】：山東農業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S781.62
【圖文】：

基于超疏水和熱改性技術的楊木尺寸穩(wěn)定化研究選技術。重點研究壓縮楊木的不同壓縮率(30%，50%，70%)下的工藝條件，通過表征與性研究篩選技術對壓縮木材尺寸穩(wěn)定化改性的效果。 技術路線本文技術路線圖如下:

2.1 超疏水技術處理荷葉表面的疏水自清潔特性是自然界典型的超防水現象。其本質是由荷葉表面微納米復合結構和疏水組分共同作用所致。受此現象啟發(fā)，在木材上設計構建超疏水表面，使木材具有類似荷葉的超防水特性，已成為木材防水、尺寸穩(wěn)定化研究的熱點和前沿。木材是具有微米級孔隙直徑的多孔結構材料，擁有天然的微米級表面粗糙度。因此，要使木材獲得超疏水表面，理論上，只需構建納米級結構和做低表面能處理即可實現。有關納米結構構建的研究已見諸多報道，如溶膠-凝膠法、低溫水熱共溶劑法、模板法、共沉淀法、等離子體法、化學氣相沉積法等。但這些方法都存在操作復雜，不宜規(guī)模產業(yè)化的弊端。為此，本文研究提出新的技術構思（見圖 2.1），即預先合成綠色環(huán)保、穩(wěn)定懸浮的功能乳液，通過簡單的噴涂手段，直接構建木材超疏水表面，以期該技術做木材尺寸穩(wěn)定化的顛覆性創(chuàng)新技術，有效解決木材遇水易變形難題，并在木材工業(yè)中規(guī)模產業(yè)化。

圖 2.2 熱改性木材原理示意圖Figure 2.2 Schematic diagram of thermal modification wood1 實驗材料楊木板材購自山東泰安的木材市場。根據 GB/T1929-2009《木材物理力學試材鋸解樣截取方法》將楊木板材加工成合適的尺寸，以備試驗。2 實驗儀器本實驗中所用試驗儀器設備型號及廠家見表 2.3。表 2.3 儀器設備型號及生產廠家Table 2.3 Instrument model and manufacturers儀器 型號 廠家真空干燥箱 DZF-6050 上海匯泰儀器制造電子天平 JJ224BC 常熟市雙杰測試儀器廠電子游標卡尺 0-200mm 德國麥思德3 實驗方法本試驗以溫度和時間兩大因素作為主要考察指標，處理溫度設置為 160℃、170℃

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本文編號：2759351