人工林赤桉木材抽提物特性与胶合微扰机理研究

论文摘要

赤桉速生,耐寒,抗病,可在湖南、江西、四川等省份大面积种植,其木材可广泛用于人造板。然而,赤桉木材大部分属于幼龄材,木材抽提物含量非常高,导致桉树木材改性、胶合、涂饰等加工中产生严重缺陷。为了揭示抽提物对赤桉木材加工性能影响的内在行为,经过近三年试验研究,得到许多有益的研究结果,具体如下：（1）Py-GC-MS分析结果显示,裂解温度为350℃、600℃、750℃时,赤桉木材苯醇抽提物中分别鉴定出174种、144种、184种化合物,组分主要分别集中在保留时间≥40min（68.7%）、≤20min（8.51%）、20～40min（67.69%）；而赤桉木材丙酮/乙醚抽提物中则分别鉴定出127种、106种、116种化合物,组分主要分别集中在保留时间≥40min（65.7%）、≤20min（9.61％）.20～40 min（64.96%）.（2）赤桉木材抽出物的溶出大致可分为三个阶段,开始时的快速溶出、中期的缓慢溶出及后期的稳定阶段。随着碱溶液浓度的升高,抽出物的溶出率呈现出先增大再减小的趋势。在25℃下,KOH、NaOH、LiOH溶液较佳的浓度分别为17.5%、18.5%、15.0%；在较佳浓度下,苯醇预处理对溶出率影响高度显著,溶出率为处理前的一倍多,而苛性碱种类对溶出率影响不显著；在25℃下,采用18.5%NaOH、17.5%KOH、15.0%LiOH处理赤桉木粉素样,抽提时间选择20h、24h、24h比较理想。抽出物溶出的反应可视为一级反应,反应级数为1.02,随着温度的升高,反应速率常数增大,反应的活化能Ea=14549.86J/mol,指前因子A=20.48h-1。（3）红外光谱、核磁共振、电镜等分析结果表明,赤桉木材抽提物有三种胶合微扰作用：①抽提物中的极性化合物如酸、酮、醛、胺等会留存在成材表面,与酚醛树脂发生反应,一方面阻止或延缓酚醛树脂与木材主要成分发生反应,另一方面影响胶粘剂的固化；抽提物中的非极性化合物如酯类物质在木材表面聚集,使木质材料表面的极性降低,表面自由能降低,使胶合状况恶化。②抽提物中含有大量的活性基团,如羟基、羰基、羧基、胺基等,这些基团易与酚醛树脂发生缩合反应,析出的固体物质污染了木材表面,阻碍木材表面活性基团与胶粘剂中活性基团发生连结,严重影响了木材的胶合性能。③木材抽提物堵塞木材导管、纹孔,对流体渗入木材内部起到结构屏障作用,妨碍胶液向木材表面扩散,影响外来化合物的性质、结构和润湿性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 赤桉木材资源与利用
• 1.2 木材抽提物研究现状
• 1.2.1 木材抽提物的种类与化学成分
• 1.2.2 抽提物在木质部的微区分布研究
• 1.3 提取物对木材材性和加工的影响
• 1.3.1 木材抽提物与木材颜色的关系
• 1.3.2 木材抽提物对木材酸碱性质的影响
• 1.3.3 抽提物对木材气味、滋味的影响
• 1.3.4 抽提物对木材加工的影响
• 1.3.5 抽提物对木材胶合性能的影响
• 1.4 木材抽提物调控方法研究
• 1.4.1 抽提物的溶出规律
• 1.4.2 抽提工艺的研究现状
• 1.5 创新点
• 2 赤桉木材苯/醇抽提物成分的Py-GC-MS分析
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验方法
• 2.1.2.1 木片处理
• 2.1.2.2 Py-GC-MS分析
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 试验结果
• 2.2.2 赤桉木材苯-醇抽提物成分对比分析
• 2.3 小结
• 3 赤桉木材丙酮/乙醚提物成分的Py-GC-MS分析
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 试验方法
• 3.1.2.1 木材抽提物提取
• 3.1.2.2 Py-GC-MS分析
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 试验结果
• 3.2.2 赤桉丙酮/乙醚抽提物成分对比分析
• 3.3 小结
• 4 赤桉木材抽提物溶出动力学研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 试验方法
• 4.1.2.1 苯-醇溶液提取
• 4.1.2.2 碱溶液提取
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 抽出物的溶出率与溶出规律
• 4.2.1.1 不同处理条件对抽提物溶出率的影响
• 4.2.1.2 抽提物的溶出规律
• 4.2.2 抽出物溶出动力学
• 4.2.2.1 反应级数的确定
• 4.2.2.2 速率常数的确定
• 4.2.2.3 活化能的确定
• 4.3 小结
• 5 抽提物对赤桉木材胶合的微扰机理研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 试验设备与仪器
• 5.1.3 试验方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 抽提对赤桉木材胶合性能的影响
• 5.2.2 抽提物微扰赤桉木材胶合的界面分析
• 5.2.3 抽提物微扰赤桉木材胶合的红外光谱分析
• 5.2.4 抽提物微扰赤桉木材胶合的核磁共振分析
• 5.2.5 抽提物微扰赤桉木材胶合的电镜分析
• 5.3 小结
• 6 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间的主要学术成果
• 致谢