超临界CO2流体改善木材渗透性及夹带物物理表征的研究

论文摘要

木材的功能性改良是木材科学研究的热点，应用超临界流体技术进行木材的功能性改良是近期木材科学界所关注的高新技术之一。本文利用超临界CO2流体特有的低粘度和高扩散系数特性对木质材料进行改性处理。 分别以甲醇、乙醇、苯-乙醇为夹带剂，利用超临界CO2对马尾松、檫木进行处理，采用升水置换法测定处理材的渗透性。结果表明，无论是否采用夹带剂，试材经超临界CO2流体处理后，渗透性得到了较大的改善，夹带剂的使用更有利于木材渗透性的提高，在三种夹带剂中，以苯一乙醇效果最佳。以苯一乙醇为夹带剂，考察超临界CO2处理工艺对杉木、马尾松、檫木渗透性影响，发现处理压力的增大有利于木材渗透性的提高，处理温度和处理时间对渗透性的影响较复杂，不同树种，处理温度和处理时间的最佳值也不同。通过光学数码显微镜和扫描电镜的观察，可以看到经超临界CO2流体处理后木材内的抽提物被浸提出，细胞壁上的纹孔膜被击破。 以超临界CO2携带戊唑醇和IPBC为例来分析超临界CO2流体对木质材料进行改性处理的工艺。利用高效液相色谱对处理材中戊唑醇和IPBC的测定，分析药剂在木质材料中的分布。结果表明，处理压力的增大，试材中改性剂的平均留着率和分布梯度都增大，处理温度在40℃-50℃，处理时间30min-60min为宜。对经超临界CO2处理后试材的防腐性能，力学性能、尺寸稳定性以及抗流失性能进行评价。结果表明，经戊唑醇，IPBC处理后的杉木、马尾松、中密度纤维板和刨花板的防腐性能达到Ⅰ级：处理材的抗弯强度和抗弯弹性模量有一定程度的下降；杉木、马尾松处理后吸湿性无变化，中密度纤维板、刨花板处理后的吸水厚度膨胀率也无变化；两种药剂的抗流失性较好。 综合应用光学数码显微镜，SEM-EDAX，FTIR等现代分析技术对戊唑醇和IPBC在木质材料中的分布状况进行分析。结果表明，戊唑醇和IPBC附着在细胞壁中，保持了木材多孔的特性；两种药剂与木材分子之间没有发生化学官能团的结合，保持了药剂的原有结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 超临界流体的特征
• 1.2 超临界流体的应用
• 1.3 超临界流体在木材工业中的应用及前景
• 1.3.1 木材渗透性的改善
• 1.3.2 木材的改性处理
• 1.3.3 改性木质材料的脱毒
• 1.3.4 木材加工中的其它应用
• 1.4 研究课题的提出及主要创新点
• 2 研究内容与方法
• 2.1 主要研究内容
• 2流体处理木材时对其渗透性的影响'>2.1.1 不同夹带剂在超临界CO₂流体处理木材时对其渗透性的影响
• 2流体处理工艺对木材渗透性的影响'>2.1.2 超临界CO₂流体处理工艺对木材渗透性的影响
• 2流体携带戊唑醇和IPBC处理木质材料的研究'>2.1.3 超临界CO₂流体携带戊唑醇和IPBC处理木质材料的研究
• 2处理后戊唑醇和IPBC在木材中的复合机理'>2.1.4 超临界CO₂处理后戊唑醇和IPBC在木材中的复合机理
• 2处理材的性能评价'>2.1.5 超临界CO₂处理材的性能评价
• 2.2 研究方法与仪器
• 2.2.1 研究使用的设备与仪器
• 2.2.2 研究的技术路线
• 2流体处理对木材渗透性的改善'>3.超临界CO₂流体处理对木材渗透性的改善
• 2流体处理木材时对其渗透性改善的影响'>3.1 夹带剂在超临界CO₂流体处理木材时对其渗透性改善的影响
• 3.1.1 材料与方法
• 3.1.2 结果与讨论
• 3.1.2.1 不同夹带剂对马尾松渗透性的影响
• 3.1.2.2 不同夹带剂对檫木渗透性的影响
• 3.1.2.3 不同夹带剂对木材失重率的影响
• 2流体处理工艺对木材渗透性的改变'>3.2 超临界CO₂流体处理工艺对木材渗透性的改变
• 3.2.1 材料与方法
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.2.2.1 处理压力与木材渗透性的关系
• 3.2.2.2 处理温度与木材渗透性的关系
• 3.2.2.3 处理时间与木材渗透性的关系
• 3.3 小结
• 2流体携带戊唑醇和IPBC处理木质材料的研究'>4 超临界CO₂流体携带戊唑醇和IPBC处理木质材料的研究
• 4.1 前言
• 4.1.1 戊唑醇、IPBC简介
• 4.1.2 高效液相色谱分析
• 2流体携带戊唑醇对木质材料的处理'>4.2 超临界CO₂流体携带戊唑醇对木质材料的处理
• 4.2.1 材料与方法
• 4.2.2 结果与讨论
• 4.2.2.1 处理压力与戊唑醇平均流着率及分布梯度的关系
• 4.2.2.2 处理温度与戊唑醇平均流着率及分布梯度的关系
• 4.2.2.3 处理时间与戊唑醇平均流着率及分布梯度的关系
• 4.2.2.4 卸压时间与戊唑醇平均流着率及分布梯度的关系
• 2流体携带IPBC对木质材料的处理'>4.3 超临界CO₂流体携带IPBC对木质材料的处理
• 4.3.1 材料与方法
• 4.3.2 结果与讨论
• 4.4 小结
• 2流体处理材中戊唑醇和IPBC在木材中的复合机理研究'>5 超临界CO₂流体处理材中戊唑醇和IPBC在木材中的复合机理研究
• 5.1 戊唑醇和IPBC在木材中的分布
• 5.1.1 材料、仪器与方法
• 5.1.2 结果与讨论
• 2流体处理材的FTIR分析'>5.2 超临界CO₂流体处理材的FTIR分析
• 5.2.1 材料、仪器与方法
• 5.2.2 结果与讨论
• 5.3 小结
• 2流体处理材的性能评价'>6 超临界CO₂流体处理材的性能评价
• 2流体处理材的防腐性能'>6.1 超临界CO₂流体处理材的防腐性能
• 6.1.1 材料、仪器与方法
• 6.1.2 结果与讨论
• 2流体处理材的力学性能'>6.2 超临界CO₂流体处理材的力学性能
• 6.2.1 材料、仪器与方法
• 6.2.2 结果与讨论
• 2流体处理对弹性模量的影响'>6.2.2.1 超临界CO₂流体处理对弹性模量的影响
• 2流体处理对抗弯强度的影响'>6.2.2.2 超临界CO₂流体处理对抗弯强度的影响
• 2流体处理对板内结合强度的影响'>6.2.2.3 超临界CO₂流体处理对板内结合强度的影响
• 2流体处理材的尺寸稳定性'>6.3 超临界CO₂流体处理材的尺寸稳定性
• 6.3.1 材料、仪器与方法
• 6.3.2 结果与讨论
• 2流体处理材中夹带物的抗流失性'>6.4 超临界CO₂流体处理材中夹带物的抗流失性
• 6.4.1 材料、仪器与方法
• 6.4.2 结果与讨论
• 6.5 小结
• 7 结论
• 附录
• 参考文献
• 详细摘要