温度对人工林落叶松木材水分移动及微观结构的影响

通过在不同恒定的温度场中的试验 ,研究分析了人工林落叶松 (Larixolgensis.A)木材中 ,水分在非稳定状态下的扩散及其影响因素。探讨了木材水分在非稳定状态下的扩散及其微观结构变化规律 。

水分对木材细胞壁孔隙结构影响研究进展

木材是一种具有多级孔隙结构的天然可再生资源,其孔隙构造尤其是细胞壁孔隙结构至关重要。细胞壁孔隙结构的研究是木材加工的理论基础,对于提高木材综合利用率具有重要的现实意义。本文简要介绍了木材孔隙的种类及其表征技术,在此基础上梳理了水分对木材细胞壁孔隙结构影响的相关研究成果,总结了目前由水分引发的木材细胞壁孔隙结构变化领域仍存在的一些问题与挑战,对未来的发展方向及其前景进行展望,以期为深入揭示木材与水分的相互作用提供参考。

基于糠醇改性的木材细胞壁孔隙变化对水分的影响

【目的】为进一步分析木材细胞壁与水分之间的相互作用,探究了糠醇改性前后木材细胞壁在典型水分状态下物理环境(孔隙)的变化规律和细胞壁水分的结合状态。【方法】以速生青杨为研究对象,利用糠醇改性改变木材细胞壁水分存在的物理环境,分别利用扫描电镜、激光共聚焦显微镜、傅里叶红外光谱和氮气吸附法考察绝干状态下改性材的微观形貌、改性剂分布、官能团和孔隙结构,并利用差示扫描热孔计法和二维低场核磁共振技术分析低湿、气干、高湿和纤维饱和状态下改性前后木材细胞壁物理环境的变化规律以及细胞壁水分的结合情况。【结果】糠醇改性后木材的质量增长率、体积增长率分别为35.1%和12.6%,并伴随细胞壁增厚现象。改性后木材细胞壁的比表面积和孔体积分别降低了29.9%、35.3%,糠醇树脂堵塞了木材细胞壁的部分孔隙。从低湿状态到纤维饱和状态,未处理材和改性材孔体积均呈现增加趋势,未处理材细胞壁孔径分布极大值从3.41 mm^(3)/g增加到5.65 mm^(3)/g,增加了65.7%,糠醇改性材细胞壁孔径分布极大值从2.99 mm^(3)/g增加到4.63 mm^(3)/g,增加了54.9%。在不同水分状态下,糠醇改性材的细胞壁孔体积均低于未处理材,并且在高湿环境下,水分对木材细胞壁孔体积影响更加明显。随着相对湿度升高,未处理材和糠醇改性材的含水率都增加,但是糠醇改性材含水率低于同等条件下的未处理材,吸湿性降低。含水率增加,未处理材和糠醇改性材细胞壁水分T_(1)/T_(2)值降低,水分移动性增加。糠醇改性材中两种细胞壁水分的T_(1)/T_(2)值远高于未处理材,进一步说明糠醇改性改变了木材细胞壁的物理环境,限域空间束缚增加使得水分子移动性降低。【结论】经糠醇改性后,糠醇树脂进入木材细胞壁并发生原位聚合,造成在绝干、低湿、气干、高湿、纤维饱和状态下,改性材细胞壁孔体积均低于未处理材,并且在高湿度状态下,孔体积表现出更大的增长率。物理环境的变化造成木材细胞壁容纳水分的空间减少,同时,水分子受到细胞壁的物理束缚增加,移动性降低。

不同预处理方法对木材细胞壁孔隙结构影响

【目的】探究水分所引发的木材细胞壁孔隙结构变化,并与微波处理、脱木质素处理等预处理方法进行比较,为木材改性提供科学依据。【方法】将20 mm(径向)×20 mm(弦向)×5 mm(轴向)的杨木和杉木试材分别通过泡水1 h和1个月的方法进行水分处理,在500 W条件下微波处理18 min,在酸性条件下使用亚氯酸钠脱除试材中部分木质素。通过扫描电子显微镜和氮气吸附测试表征处理材的细胞壁微观形貌与孔隙结构,比较不同处理方法对细胞壁厚度、比表面积、孔径分布及孔体积等的影响。【结果】水分处理后,杨木和杉木的细胞壁增厚,水分处理1 h试材的比表面积分别从1.535和1.154 m^(2)/g增加到2.488和2.336 m^(2)/g,水分处理1个月的试材比表面积进一步增加到2.822和2.940 m^(2)/g。水分处理杨木试材在微、介孔范围内形成新的孔隙(造孔),且存在孔径增大(扩孔)现象。对于水分处理杉木试材,处理时间较短时其微孔范围内孔体积变化主要表现为扩孔效应,随着时间增加同时具有造孔和扩孔现象。在介孔范围中由于水溶性抽提物的脱除产生较大孔隙,并导致孔径的重新分布。微波处理杨木和杉木试材的细胞壁厚度和比表面积变化同与水分处理类似,处理后杨木试材中产生部分微孔,且杨木介孔及杉木孔径分布都表现为扩孔。脱木质素处理杨木和杉木的细胞壁厚度分别减少了1.79%和0.53%,但比表面积均增加,杉木试材中的微孔增加,其他孔径分布变化均因扩孔所致。【结论】水分处理能够改变木材细胞壁孔隙结构,杨木和杉木泡水1 h和1个月的作用效果与质量损失率分别为1.29%和3.33%的微波处理,以及脱除率分别为10.94%和8.06%的脱木质素处理相当,并且具有独特的孔径分布变化规律。3种处理方法由于作用机理不同,增大孔体积的方式在不同树种的不同孔径范围内不尽相同。本研究为选择科学高效的木材预处理方法提供了参考。

在1899.703nm波长下木材含水率光谱检测方法研究

为实现木材含水率实时、快速、连续测量,研究了基于近红外光谱技术实时测量木材含水率。实验中采用中心波长位于1 899.703 nm的工业蝶形封装的分布式反馈激光器(DFL)作为光源,选择以杨木含水率作为被测参数,搭建了近红外水分检测仪的软硬件系统。因为木材是强散射介质,因此,采用修正后的朗伯—比尔定律。对杨木含水率进行实验测量并数据拟合,木材含水率真值与激光测量木材含水率输出功率值在一定范围内可以拟合为线性关系,相关系数在0.90以上,木材含水率测量值与真值变化趋势一致,二者绝对误差小于0.15%。实验结果表明:利用近红外技术可实现木材含水率检测。

木材物理性质对木材检验工作的作用分析

通过对木材的物理性质的细致探讨,使人们更加懂得了解木材物理性质对检验工作的重要作用。

花榈木平衡含水率的初步研究

比较了花榈木与常用木材的平衡含水率后表明，花榈木的心材平衡含水率比常用木材低３．１％。

纤维饱和点概念的演变、测试方法及其应用

纤维饱和点(FSP)是木材科学中早期提出的概念,距今已超过1个世纪,在木材-水分关系、物理力学性能等木材科学研究各领域均发挥了重要作用。相较于FSP概念的最初形式,其无论从定义形式还是从物理含义等方面都有了变化,从最初以木材内水分状态及其存在位置的定性描述朝着水分与木材结合形式差异、木材内水分势能边界方向发展。目前国内关于FSP的研究相对滞后,也未见系统的FSP测试原理和方法介绍。本研究对FSP概念演变与发展、测试方法及其优缺点进行系统分析,并在此基础上总结FSP在木材-水分关系、木材干燥技术、改性效果评价中的应用及其进一步发展方向。根据木材-水分关系研究的不同阶段,FSP概念可归纳为4种类型:第1类概念强调以物理力学性质转折点及水分存在位置定义FSP;第2类概念以木材细胞壁容纳水分极限作为FSP,简化了限制条件;第3类概念强调水分与木材结合形式差异,从吸、放热的热物理角度等进行阐述;第4类概念引入溶液热力学概念,将FSP视为木材内不同状态水分的相态边界,给出了FSP明确的物理含义。FSP测试方法可归纳为7类,包括外推法、溶剂排出法、压力板法、示差量热法、离心脱水法、核磁共振法和溶液热力学计算法,除外推法、溶液热力学计算法获得的FSP为计算值外,其他方法都可获得细胞壁内吸着水真实含量,测定的FSP明显高于传统引用的FSP平均值30%,但具体应用时应根据实际需求而定。FSP可进一步在木材干缩湿胀特性分析、木材干燥基准制定等方面发挥作用,同时在木材改性效果评价及改性处理后微观构造分析等领域均可应用。在FSP热力学概念基础上衍生的全含水率区间木材-水分关系的化学势表达方式,以及在此基础上发展而来的木材-水分相态图,将成为今后建立木材-水分关系的科学评价体系机制,并进一步服务于科研与生产。

木材内部水分扩散特性研究现状及发展趋势

扩散是水分在木材内部移动的一种重要途径。文中围绕木材内部水分的扩散机理、测试方法及其影响因素3个方面阐述水分扩散的驱动力类型及其在木材内部的基本移动路径,总结稳态和非稳态水分扩散系数的测试及计算方法;综述树种、早/晚材、心/边材、幼龄/成熟材等因素对水分扩散特性的影响机制;归纳木材含水率、温度等因素对木材内部水分扩散的作用规律;结合国内外关于水分扩散的研究现状,指出一些亟待解决的问题,以期为木材干燥、木结构建筑、木质包装材料的研究与应用提供参考。

时域核磁共振技术在木材科学研究领域的应用

时域核磁共振技术（TD-NMR）作为一种先进的表征手段，能快速、精准测量木材中自由水和吸着水的动态变化，也可以基于水分信息表征木材孔隙分布，因此已被广泛应用于木材科学研究领域。文中归纳了时域核磁共振技术用于测量木材含水率、水分性质、水分分布及木材孔隙分布的方法，并对主要研究结果进行综述，以期为相关领域的研究和应用提供理论参考。