桦木酶解磨木木质素分子结构及其拉伸力学性能研究

为弥补木材类原位木质素拉伸力学性能相关数据的缺失,研究采用球磨、弱碱预润胀以及酶解相结合的方法提取三种桦木(Betula platyphylla)酶解磨木木质素,分别为:双酶解木质素(dual-enzyme lignin,DEL)、预润胀三酶解木质素(alkaline-treated triple-enzyme lignin,ATEL)和双预润胀双酶解木质素(dual-alkaline-treated dual-enzyme lignin,ADEL),并测试木质素的纯度、分子结构、抗拉强度、弹性模量、泊松比和剪切模量。结果表明:DEL、ATEL、ADEL的纯度分别为48.2%、99.29%、97.79%。ATEL和ADEL对桦木原位木质素的化学结构破坏较少,其表现出阔叶树材木质素典型的红外光谱特征,具有代表性连接键β-O-4键和β-β键,可以视为原位木质素。在含水率为5%的条件下,DEL、ATEL和ADEL的抗拉强度分别为17.14、5.38和5.62 MPa,弹性模量分别为7.97、6.36和6.23 GPa,泊松比分别为0.31、0.34和0.34,计算的剪切模量分别为3.04、2.39和2.33 GPa。DEL中存在大量纤维素和半纤维素,其拉伸力学性能偏高,ATEL和ADEL测试数据可用于评估桦木原位木质素的拉伸力学性能。

以Cu颗粒强化导热的木质基复合相变储热材料性能研究

【目的】高导热的填料虽然能够提升木质基复合相变储热材料的储放热速率,但存在的易团聚现象无法使其均匀分散于材料内部。本研究旨在利用溶液还原法,由内而外地在轻木基体内原位生成单分散的金属铜颗粒,为提高木质基复合相变储热材料的储放热性能探索绿色、经济的道路。【方法】首先利用酸性亚氯酸钠溶液对轻木进行脱木素处理以提高其对相变材料的封装效率。然后利用CuSO_(4)溶液与抗坏血酸溶液在脱木素轻木内利用溶液还原法多次循环制备单分散金属Cu颗粒,并将反应完全后的轻木利用真空浸渍法与石蜡(PW)制备具有Cu颗粒强化导热的木基复合相变储热材料。采用场发射电子显微镜(SEM)、红外光谱分析(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、差式扫描量热仪(DSC)、导热系数测试仪和温度巡检仪对材料的微观、结晶、化学结构及储放热性能进行评价。【结果】轻木经脱木素处理后其对石蜡的封装效率从64.9%提升至了82.6%。经过抗坏血酸对Cu^(2+)的还原作用,在轻木基体内原位制造出了Cu。然而循环次数过少,Cu不能均匀地分布在木材基体内,而过多的循环次数则会过量地影响轻木对相变材料的封装效果;其中3次的循环次数最为合适,以此所制备的复合相变储热材料导热系数提升了1.76倍,熔融与凝固潜热分别高达143.7、142.9 J/g,同时储热与放热时间分别缩短了23.7%与32.6%,展现出了更好的温度调节潜力。【结论】利用溶液还原法能够有效地在轻木基体内均匀制备金属Cu颗粒,并且以3次循环制备的Cu颗粒强化导热的木基复合相变储热材料储放热性能较好。

软木细胞壁化学组分及软木材料应用探析

对栓皮栎与栓皮槠两树种的软木细胞结构、主要化学组分进行综述,并介绍了软木材料的主要应用形式,以期为进一步的软木理论研究及应用开发提供参考。

生物基阻燃水性聚氨酯涂料的制备及对胶合板性能的影响

针对包装、建筑和家具领域使用的胶合板易燃的问题,对胶合板进行阻燃处理,利用蓖麻油、马来酸酐、异佛尔酮二异氰酸酯、季戊四醇、三乙胺、硼酸锌、丙酮、乙二胺,通过丙酮法制备生物基阻燃水性聚氨酯乳液,采用浸渍涂布法制备阻燃杨木胶合板。根据GB/T 1040.3—2006对水性聚氨酯胶膜的物理性能进行测试,采用傅里叶变换红外光谱表征硼酸锌添加量不同的乳液的官能团,采用氧指数测定仪、热重分析仪、锥形量热仪、导热系数测试仪表征阻燃处理前后杨木胶合板的阻燃性能、热稳定性、热释放速率和隔热性能,并探究了阻燃杨木胶合板的抗流失性能。结果表明:阻燃杨木胶合板具有良好的阻燃性能,当硼酸锌添加量达到7.5g时阻燃杨木胶合板的极限氧指数可达34.8%,残炭率较对照样提高了360.94%,最大热释放速率降低了24.10%,总热释放量下降了43.32%,总烟释放量下降了37.50%,导热系数下降了24.14%,同时抗流失性也有所提升。生物基阻燃水性聚氨酯乳液可以增强杨木胶合板的阻燃性能,较直接添加硼酸锌具有更好的抗流失性,可以为胶合板提供更持久的阻燃效果。

基于KANO模型与TRIZ理论的竹质椅类家具创新设计

竹板材家具作为竹家具工业化生产的一个新的方向,可有效缓解我国木材短缺的现状,有利于充分利用我国丰富的竹林资源,但目前竹家具的设计、研究和生产仍存在许多不足。为了给竹家具的创新设计寻找一种新的现代化设计方法,本研究将KANO模型与TRIZ理论相结合,以竹质椅类家具为例,对竹家具设计展开研究。经过文献查阅调研后进行KANO问卷的设计,对KANO问卷结果进行分析后得出外观现代简洁、可调节2个魅力型需求指标。通过问卷所得的两项设计需求以及竹材自身性质的分析,进行了竹质椅类家具方案的初步设计。将问卷所得需求转化为3项技术矛盾,利用TRIZ矛盾矩阵寻找相应的发明原理并筛选出适用的设计方法进行分析,得出设计改进策略,代入初步设计方案中进一步优化,得出最终的竹质椅类家具方案。本研究通过完整的竹质椅类家具创新方案设计流程,验证了所建立的竹家具创新设计方法的科学性及实用性,为竹家具的设计、加工、生产等提供了更加标准高效的解决思路,从而为竹家具的设计制造提供参考。

MIL-100(Fe)处理杨木的阻燃性能研究

【目的】为提高木材的阻燃抑烟性能,本研究采用金属有机框架材料(MOF)作为新型阻燃剂,选用MIL-100(Fe)处理木材,制备一种绿色环保的阻燃材料,旨在为木材阻燃提供新思路。【方法】以MIL-100(Fe)为阻燃剂,采用常压浸泡(WJP组)和真空加压浸渍(W-JZ组)两种方法,在木材体内原位合成MIL-100(Fe)。利用扫描电子显微镜、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱分析处理材形貌结构;采用氮气吸附法对处理材的孔隙结构进行表征;采用极限氧指数、热重测试、锥形量热测试评估处理材的热稳定性和阻燃抑烟性能;最后采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱对残炭进行形貌结构表征并进行机理分析。【结果】两种处理方法均可在木材内原位合成MIL-100(Fe),其中W-JZ组有更多的MIL-100(Fe)前驱体溶液进入木材内部并完成结晶,质量增长率达24.36%,形成的晶体结构更完整均匀,尺寸更小。MIL-100(Fe)处理材表现出良好的热稳定性,其中W-JZ组残炭率提升了39.99%,热质量损失速率峰值降低了26.47%。MIL-100(Fe)处理材的总热释放量和总烟释放量降低,阻燃抑烟性能良好。MIL-100(Fe)发挥凝聚相与气相阻燃作用。其分解过程中可释放不可燃气体稀释可燃气体浓度,同时利用多级孔结构吸附烟气。分解后形成的Fe_(3)O_(4)催化木材脱水反应生成致密的炭层,阻止热量和氧气的传递及可燃性挥发产物的释放。【结论】本研究采用MIL-100(Fe)阻燃剂处理木材,有效提高了木材的热稳定性与阻燃抑烟性能,丰富了现有木材阻燃体系。

锡铋合金/肉豆蔻酸制备具有金属外壳的储能木材

【目的】利用锡铋合金对肉豆蔻酸浸渍材进行热处理,在热的驱动下将锡铋合金引入木材内部,以解决木基相变储能材料面临的液体泄漏和导热性差问题。【方法】以浸渍了肉蔻豆酸的杨木为基材,通过高低温交替热处理将锡铋合金与基材结合,制备具有金属外壳的储能木材。利用扫描电镜、邵氏硬度计、万能力学试验机、导热系数仪、差式扫描量热仪对储能木材的微观形貌、端面硬度、顺纹抗压强度和热性能进行测试。【结果】在160~220℃热处理1~5 min下试样质量增长效果显著,力学性能与热性能随着热处理温度的上升与时间的延长而提升,顺纹抗压强度和端面硬度相较于未处理材分别提升了120.02%~149.59%、13.53%~46.93%,轴向、径向导热率分别提升了34.18%~165.67%、38.11%~80.70%。在190℃热处理5 min条件下锡铋合金的填充效果最佳,端面硬度、轴向、径向导热率达到最高值62.65 HD、0.5324和0.2987 W/(m·K)。木材内部肉豆蔻酸的留存率介于27.54%~63.68%之间,经过160℃热处理3 min后储能密度最高(59.38 J/cm3)。【结论】高低温交替热处理促使锡铋合金进入到木材的导管内,实现了不同程度的渗透。木材的三维孔隙结构与外层填充的锡铋合金解决了相变材料的液体泄漏及导热性差问题。制备的储能木材综合了木材、金属与相变材料的优势,具有更优异的端面硬度、顺纹抗压强度与热性能,有望应用于建筑墙体和储能地板等领域。

氯化锌浸渍处理对樟子松热处理材尺寸稳定性和处理能耗的影响

【目的】本研究旨在探究弱酸性氯化锌溶液浸渍对热处理材的尺寸稳定性以及处理能耗的影响。【方法】采用质量分数5%的氯化锌溶液浸渍樟子松试样,并进行不同温度的热处理,通过试样吸湿后的尺寸和质量变化分析,评价浸渍–热处理樟子松试样的尺寸稳定性和吸湿性,并结合红外光谱分析、X射线衍射分析以及能耗计算,阐明浸渍–热处理对试样尺寸稳定性的影响机制和能量消耗情况。【结果】氯化锌浸渍–热处理组的性能提升效果比热处理组更明显;随着热处理温度的升高,木材的吸湿性降低,尺寸稳定性提高,热处理组和浸渍–热处理组的体积湿胀率分别从3.5%、3.4%下降到2.6%、2.1%;两种处理方式下的处理材红外吸收光谱图中均没有产生新的官能团特征峰,但羟基数量均随着温度升高而明显降低;处理材的相对结晶度呈上升趋势,热处理组和浸渍–热处理组分别由36.05%、38.77%提升到48.51%、53.04%;浸渍–热处理组试材在160℃达到的处理效果比仅进行180℃热处理达到的处理效果更好,同时因为前者的处理温度更低,所以能够减少处理过程中的能耗,在所研究的温度范围内最高可减少10%的能耗。【结论】相比樟子松热处理改性,氯化锌浸渍–热处理联合改性可以通过更低的热处理温度使樟子松达到相同的尺寸稳定性,有助于热处理工序的节能减排,对于力学性能方面的影响则需要进一步深入研究。

低温等离子处理对玄武岩纤维表面及复合材料性能的影响

对玄武岩纤维表面进行低温等离子处理,研究了低温等离子处理纤维对其表面性能、偶联剂吸附量及纤维增强树脂层间胶合强度和力学性能的影响。结果表明,纤维表面经低温等离子处理后,玄武岩纤维表面接触角由未处理时的132.23°降为75.22°,润湿性大大改善;纤维表面偶联剂吸附量在低温等离子处理10遍时达到最大;低温等离子及偶联剂处理纤维表面,处理10遍时,玄武岩纤维增强环氧树脂(BFRP)的拉伸性能、弯曲性能达到最优,而其剪切强度在处理2到10遍范围增加较快,10遍以后几乎不变。

纳米抗菌三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面板的制备及性能研究

研发了具有抗菌功能的三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面板(三聚氰胺板),并对其相关性能进行了测试。结果表明:改性后纳米抗菌剂Ag/TiO_(2)和ZnO依然保持良好的抗菌性能,其大肠杆菌抑菌圈直径分别减小1.47%和3.31%,金黄色葡萄球菌抑菌圈直径分别减小2.47%和0.99%。硅烷偶联剂KH560和KH570成功接枝在纳米抗菌剂Ag/TiO_(2)和ZnO表面。表面有机改性未改变纳米抗菌剂的化学结构和晶体结构,通过形成空间位阻效应提高了纳米粒子表面张力,降低了粉体团聚现象。复配纳米抗菌剂(Ag/TiO_(2)&ZnO)添加比例为1%时,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为99.2%和99.5%。三聚氰胺板各项物理力学指标均满足GB/T 15102—2017《浸渍胶膜纸饰面纤维板和刨花板》标准的质量要求。

桉木单板/聚丙烯膜复合材料的制备工艺及力学性能

为有效、合理地利用人工林速生材桉木,用塑料替代甲醛类胶黏剂,解决污染问题,以桉木单板和聚丙烯膜为原材料制备木塑复合材料,采用热—冷压制备工艺,分析了热压温度、压力及时间与塑料添加量对复合材料力学性能的影响,并确定了制备此类材料的最优工艺:热压温度180℃、热压压力0.9 MPa、热压时间420 s、塑料添加量150 g/m2;用该工艺制备的材料,物理力学性能达到或优于GB/T 9846.3—2004 I类胶合板标准。结果表明:用桉木单板和聚丙烯膜制备木塑复合材料是可行的,无游离甲醛释放。

硬脂酸/膨胀石墨储热材料的储/放热性能

为提高太阳能干燥系统的能源利用效率,制备了适宜木材太阳能干燥用的硬脂酸/膨胀石墨复合相变储热材料。利用差示扫描量热分析仪(DSC)和温度巡检仪对复合相变储热材料的热性能进行了研究,并在相同加热时间的条件下,探究了储热单元对储热水箱温度变化的影响。实验结果表明:含10%膨胀石墨的复合材料具有良好的封装效果;其融化潜热为169.90 J/g,凝固潜热为166.10 J/g;膨胀石墨的添加有效地提高了复合材料的储/放热效率;储热单元的添加对储热水箱水温的变化影响显著,在潜热放热阶段能够提供大量热量,减缓水温下降速率。

热处理温度和时间对杉木质量损失和静曲强度的影响

[目的]热处理可以改善木材的尺寸稳定性,同时会降低木材质量并影响木材力学性能,有必要探明热处理对木材质量和力学性能的作用机制。[方法]本研究选用人工林杉木薄片作为试验材,在160、180、200、220℃及氮气环境下分别处理1、2、3、4、5、6h,测试处理后木材的质量损失率(mL)和静曲强度(MOR),采用ATR-FTIR、TGA进行表征,并建立热处理杉木质量损失率和静曲强度的预测模型。[结果]热处理温度低于200℃时,温度比时间对杉木质量损失率和力学性能的影响更显著。当热处理温度高于200℃时,温度和时间对质量损失率和力学性能均有显著性影响。热处理杉木的质量损失率随热处理温度升高和时间延长呈非线性增加,质量损失率范围在0.2%~17.6%之间,其预测模型为lnmL=0.8lnt+9.35lnT-53.67(t为时间,T为温度),R2为0.99,试验测试值与模型预测值基本一致。杉木的MOR随热处理温度升高和热处理时间延长线性降低,与未处理杉木相比,MOR降低了4.4%~74.8%,其预测模型为MOR=-2.57t-0.82T+220.44,R2为0.93,该模型总体预测效果较好。热处理杉木MOR随质量损失率增加呈指数下降,两者关系模型为MOR=65.4e^-20mL+16.4,R2为0.95,此模型能够预测MOR随质量损失率的非线性变化趋势。[结论]通过试验数据建立了杉木的质量损失率与热处理条件,MOR与热处理条件,质量损失率与MOR之间的经验方程,可预测热处理木材质量损失和MOR的变化趋势,为木材热处理工艺的优化和热处理木材性能预测提供参考和依据。

壳聚糖/明胶/植酸复合阻燃涂料的制备及性能

【目的】为提高木材的阻燃性能,扩展生物基阻燃材料在木材中的应用,制备壳聚糖/明胶/植酸全生物基可膨胀复合阻燃涂料,并且探索其在木材上的应用性能。【方法】以壳聚糖和明胶为成膜物质,水为溶剂,按照壳聚糖、明胶和植酸质量比3∶2∶(0~1.5)制备可膨胀复合阻燃涂料;将其涂覆于木材表面后制备木材的阻燃涂层(CGPx)。利用扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱观察涂层的形貌结构以及元素分布;使用铅笔硬度仪和附着力检测评估涂层的硬度以及附着力;采用热重测试、可燃耐火测试和锥形量热测试综合评估处理材的热稳定性和阻燃性能;最后采用扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱分析残炭的形貌结构和元素分布,并分析阻燃机理。【结果】CGPx在木材上表现出优良的附着力和硬度,其中CGP1.5组附着力等级达到1级,铅笔硬度达到7H。CGPx木材表现出优良的热稳定性,其中CGP1.5组残炭率达到44.2%。在可燃耐火测试中,CGPx木材表现出优异的耐火性能。在锥形量热测试中,CGP1.5组热释放速率峰值下降了34.3%,速率峰值出现时间推迟至284 s,总热释放量下降了15.5%,CO和CO_(2)释放速率也有所降低,同时火灾指数为0.189,火焰增长指数为0.708。木材的阻燃性能得到增强。【结论】使用全生物基阻燃涂料涂覆木材的处理方法,有效提高了木材的热稳定性与阻燃性能,丰富了绿色可持续的木材阻燃体系。

应用响应面法优化木丝增强石膏复合板的制备工艺

以柠檬酸溶液、脱硫建筑石膏粉、桦木木丝为原料,按照试验设计的3种原料的不同配比制备木丝增强石膏复合板,参照有关国家标准、行业标准测定制备样品的力学强度;应用响应面发优化试验,构建二次多项式回归模型,分析水膏比(m(水)∶m(石膏粉))-木丝添加量-柠檬酸添加量体系中三者间交互作用对板材抗折强度和握螺钉力的影响,遴选3种原料的优化配比。结果表明:抗折强度和握螺钉力的模型复相关系数分别为0.9690、0.9583,模型具有良好的精度和拟合性;水膏比(m(水)∶m(石膏粉))、木丝、柠檬酸添加量,3因素之间的交互作用对板材力学性能影响显著;各因素优化工艺参数为:水膏比(m(水)∶m(石膏粉))为0.7∶1.0、木丝添加量(木丝质量分数)为20%、柠檬酸为0。

生物质热解油在木材工业胶粘剂中的应用研究进展

介绍了生物质热解油的来源和组成,综述了热解油在酚醛树脂(PF)、脲醛树脂(UF)、淀粉胶粘剂以及结构胶等方面的应用研究进展,并总结了其在目前研究和应用中存在的问题。最后对热解油基木材工业胶粘剂的发展方向进行了展望。

阻燃处理木质壁纸的结构与性能表征

为了开发新型阻燃木质壁纸,采用复合阻燃剂(组成包括聚磷酸铵、季戊四醇、磷酸胍和纳米有机蒙脱土)对壁纸的面层装饰薄木和底层无纺纸分别进行超声浸渍处理,制成阻燃木质壁纸(FRWW)。采用锥形量热仪、扫描电镜和电子能谱、傅里叶红外光谱分别表征FRWW的阻燃性、表面微观结构和元素种类及含量、化学反应官能团。采用CIE1976(L*a*b*)色空间表色系统对阻燃前后木质壁纸的色差进行表征。结果表明:1)与PVC壁纸相比,FRWW的点燃时间延迟了2倍,热释放速率和有效燃烧热分别减少了8.88%和30.79%,总烟释放量和比消光面积分别减少了28.02%和53.09%,但FRWW的总热释放量、质量损失率及CO释放量与PVC壁纸的相差不大;2)FRWW比PVC壁纸的燃烧增长速率指数降低81.93%、火灾性能指数提高2.17倍,显示出前者具有更好的消防安全性;3)阻燃剂以不规则微米级粒状分布于FRWW表面,元素组成主要为C(31.15%)、O(42.07%)、N(19.77%)、P(5.67%)和其他微量元素;4)FRWW中的阻燃活性官能团(仲氨—NH和P—O—Ar)吸收峰位置在1 042和1 015 cm-1处;5)FRWW的色差值ΔE*ab仅为1.734,表明阻燃处理对木质壁纸的装饰效果影响较小。

竹浆板纤维／高密度聚乙烯复合材料的热性能

采用锥形双螺杆挤出法制备了竹浆板纤维增强高密度聚乙烯复合材料,并通过热重分析仪(TGA)、差热扫描量热议(DSC)、热机械分析仪(DMA)等对其热稳定性、熔融温度、结晶度及热机械性能进行测试分析,研究了竹浆板纤维质量分数对其复合材料热性能的影响。结果表明,竹浆板纤维降低了复合材料起始分解温度,提高了复合材料的残炭率及高温热稳定性;但对复合材料的结晶和熔融峰值温度没有影响,竹浆纤维增强复合材料结晶度随着纤维质量分数的增加而略有提高,但均低于纯高密度聚乙烯的结晶度;纤维质量分数为30%时,复合材料储存模量最高,损耗因子最小。

无醛蛋白基木材胶粘剂研究与工业化应用进展

十多年来，我国人造板产量一直保持世界第一，近几年的产量占世界总产量的50％队上。我国人造板产量按体积计算超过了钢铁、塑料的产量，

壳聚糖-聚磷酸铵层层自组装阻燃竹材的制备及阻燃性能

采用去竹青竹黄、规格为25 mm×100 mm×6 mm、3年生的毛竹作为基材,按照试验设计方案,以壳聚糖质量分数为1%配制壳聚糖(CS)成膜液,按照w(壳聚糖)∶w(聚磷酸铵)=1∶1、w(壳聚糖)∶w(聚磷酸铵)=1∶3、w(壳聚糖)∶w(聚磷酸铵)=1∶5、w(壳聚糖)∶w(聚磷酸铵)=1∶7的质量分数比配制聚磷酸铵(APP)成膜液,采用层层自组装的方法在竹材表面涂覆了壳聚糖-聚磷酸铵(CS-APP)复合膜层。确定优化质量分数比后,制备壳聚糖-聚磷酸铵自组装处理层数为5、10、15、20层的样品。采用扫描电子显微镜、能谱仪、红外光谱仪对壳聚糖-聚磷酸铵自组装阻燃竹材样品的表层微观形貌和化学成分进行了分析,通过锥形量热仪测试分析了不同自组装膜层数的竹材样品的阻燃性能。结果表明:壳聚糖-聚磷酸铵的优化质量分数比例为1∶7;壳聚糖-聚磷酸铵阻燃膜层竹材具有较好的热稳定性;经壳聚糖-聚磷酸铵复合阻燃剂处理的竹材阻燃性能随着自组装膜层数的增加逐渐增强。与未处理样品相比,自组装膜层数为5、10、15、20层的样品点燃时间分别提升了20.0%、50.0%、80.0%、90.0%,热释放速率峰值(pk-HRR)分别下降13.0%、17.7%、20.8%、22.7%,总热释放量(THR)值分别降低10.3%、9.9%、13.9%、14.5%,热释放率峰值出现时间向后推迟0~35 s,CO、CO_(2)释放速率也有所降低。壳聚糖-聚磷酸铵自组装处理增强了竹材的阻燃性能。