木材改性的工艺优化开题报告

 2021-08-08 02:08

全文总字数:2596字

1. 研究目的与意义

目的:是为了提高木材的天然耐腐(蛀)性、耐酸性、耐碱性、阻燃性、力学强度、尺寸稳定性和材色等,使木材能够更好地在实木地板、木门、家具和板材等领域的大量应用,普及实木生活,减少碳排放,提高森林覆盖率,增加木材附加值,保护生态环境,促进林业经济和木材工业的良性发展。

意义:杨木是我国重要的速生用材树种之一,分布广、品种多、适应性强,在全国各地均有种植,生长周期短,一般10a左右即可成材,但存在着木质松软、硬度小、易腐朽等缺陷,限制了它的使用。为充分利用这部分资源,提高劣质材的等级,缓解木材的供需矛盾,迫切需要加快杨木的开发和高效利用。应用木材改良技术正是解决这一问题的途径之一。我国木材工业正逐步进入以速生林为主要原材料的发展阶段,赋予速生材接近或优于天然材性能的改性优化处理成为速生材应用的必需环节,由此以杨木为代表的速生材改性研究获得长足发展。

2. 国内外研究现状分析

我国木材强化技术的研究起步较晚,尤其对速生杨木强化的利用研究十分薄弱。1965年上海科技大学首先开始了st和mma单体浸渍的杨木、椴木,经γ射线辐射接枝共聚方面的研究。同年,林业部在上海、北京等地组织了有关木塑复合材wpc(woodpolymer/plasticcomposites)的合作研究与科技攻关。1980年中国林业科学院木材工业研究所与北京大学化学系杨木塑合研究组以苯乙烯顺丁生胶加入复合引发剂采用加热催化法研制成功杨木塑合木,所得产品的尺寸稳定性与机械性能均随浸渍量的增加而增加,冲击强度也有明显增加。1982年东北林学院葛明裕等以苯乙烯顺丁烯二酸酐为单体浸渍速生小叶杨,不加引发剂,用加热法制造wpc,与素材相比,其硬度提高10倍,顺纹抗压强度提高2倍。1982年东北林业大学李坚对木塑复合材制造中抑制单体挥发的方法作了对比研究。

近十年国内研究最多的是浸渍处理和压缩处理。90年代中后期,东北林业大学李坚等对木材的酯化进行了研究;1996年方桂珍等使用不同浓度的低分子量三聚胺-甲醛(mf)树脂为固定木材压缩变形的交联剂浸渍大青杨,处理材抗湿涨率(ase)达到47%,阻湿率(mee)达到36%,经10%浓度的交联剂处理的试件压密,室温下浸水可完全保持其固定变形;1998年方桂珍等又采用不同浓度的pf预聚体处理大青杨,并在加热过程中作横纹方向的压缩处理;1999年岳翠银等将苯乙烯及顺丁橡胶混合液浸注于沙兰杨(populuseuramericana)木材中,经加热聚合而成木塑复合材;2001年西北农林科技大学生命科学学院王新爱、朱玮等研究了杨木材性的化学改良技术以及初步研究了杨木-甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸共聚塑合木的制备;2001年贺德留、马小畸一以有机单体mma作为浸渍单体,采用两步加热催化引发法制备了杨木木塑复合材料制作地板;王逢瑚、马立军等选取苯乙烯、甲基丙烯酸甲醋和醋酸乙烯醋三种乙烯类单体浸注杨木单板并采用加热聚合的工艺制备杨木单板强化材。

近十几年来国外对杨木强化处理的有:1989年shukla等对杨木压缩制做木梭的条件进行了研究。1991年feist和rowell对杨木心材用乙酰化、mma浸渍聚合,先乙酰化再用mma浸渍聚合三种处理方法进行对比研究。1994年m.lawniczak研究了欧洲山杨(p.tremula)木材密度和树干位置对st-wpc性能的影响。umitc.yildiz等人于2005年分别用st、mma,st/mma全浸渍、半浸渍、四分之一浸渍白杨,制备wpc,结果发现st/mma处理材的抗压强度和静曲强度均比mma和st处理材有明显提高。传统wpc的制造将不饱和烯类单体或低聚物、预聚物注入木材中,经引发聚合使其固着并充满木材空隙,从而提高木材性能。引发方法以射线辐射或催化加热为主(kumar1994)。近年来,以热溶共混方法为主的热塑性树脂与木质纤维的复合也倍受关注(yougquistetal.1994)。

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容:木材材性改良技术的研究内容主要包括:(1)尺寸稳定性处理;(2)可塑化(软化)处理;(3)强化处理;(4)木质复合材料;(5)材色处理等而对杨木改性处理的基础研究、应用研究及产品的开发利用,主要涉及实木和碎料尺寸稳定性的提高,处理材物理力学性能和耐腐、阻燃抗风化、染色等性能的改进。

计划:第一阶段:材料的选择和准备,并对木材进行前期处理并确定实验过程;

第二阶段:开始实验,在特定仪器中进行木材的预处理,并进行树脂的浸渍。

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4. 研究创新点

本实选择用树脂浸渍法改性木材,浸渍开始阶段就选择真空高压以及常压浸渍两种不同方法,并进行正交实验的方法,各方面变量都考虑在内,以确定浸渍的最优化。在后期实验进行改性木材性能分析时,又能确定浸渍量对木材物性的影响,以此确定最优的浸渍量和浸渍方法。在用树脂进行浸渍时尝试用一定的催化剂使树脂能与木材中的木质素或者纤维素等反应,并测定有没有反应并生成何种物质,以及对木材物性的影响,并与未加催化剂的改性木材进行比较。

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