二氧化硅改性热处理橡胶木性能研究
二氧化硅改性热处理橡胶木性能研究
【摘要】： 面对我国人均木质资源紧缺的问题,如何提高木质资源的利用率,实现劣材优用日趋紧要。木材热处理是一种绿色环保的物理改性方式,通过热处理木材平衡含水率降低,尺寸稳定性以及生物耐久性增强,与此同时热处理木材存在力学性能损失的问题。如何实现在保留热处理木材优点,同时降低热处理木材力学损失逐渐引起人们关注。本研究以橡胶木为研究对象,采用常压过热蒸汽处理橡胶木,处理温度180℃-230℃,保温时间2h。对比分析未处理材与不同温度热处理材力学性能及化学成分变化。针对热处理材质量损失增加及力学性能下降问题,利用二氧化硅前躯体浸渍改性热处理橡胶木。在热处理橡胶木前后分别真空浸渍二氧化硅前躯体溶液,热处理温度200℃,保温时间2h。对未处理橡胶木、热处理橡胶木、二氧化硅浸渍热处理橡胶木与热处理浸渍橡胶木的力学性能、尺寸稳定性和热稳定性以及耐腐性进行对比分析,探究二氧化硅的力学补偿效果及作用机理。在此基础上,利用二氧化硅掺杂二氧化钛溶胶联合热处理改善橡胶木耐光老化性。主要研究内容如下:(1)高温热处理橡胶木技术研究。随着热处理温度升高,热处理质量损失逐渐增加,增幅为2.17%-22.21%;平衡含水率逐渐下降,由10.59%降至5.31%;抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度以及冲击韧性呈明显下降趋势;化学成分分析显示综合纤维素含量降低,纤维素含量基本无变化,说明热处理过程主要是半纤维素的损失导致力学性能降低。颜色分析表明,随温度升高热处理材颜色逐渐加深,与未处理材相比色差逐渐增加。(2)二氧化硅浸渍改性热处理橡胶木。二氧化硅前躯体浸渍与热处理联合改性橡胶木,发现与热处理材相比,二氧化硅热处理浸渍材与浸渍热处理材的抗弯强度分别提高43.87%和20.37%,抗压强度分别提高17.96%和33.64%。热处理材、二氧化硅浸渍热处理材和热处理浸渍材的吸水性以及干缩湿胀性与未处理材相比均有所降低。热重分析表明,二氧化硅浸渍热处理橡胶木的最大热降解速率低于热处理材,说明二氧化硅与木材的结合阻碍了热分解以及木质基的完全裂解,木材的热稳定性有所提高。二氧化硅浸渍热处理材耐腐性增强,由热处理材耐腐等级增强至强耐腐等级。红外光谱分析显示,二氧化硅浸渍-热处理材上出现了 Si-O-Si特征峰,说明热处理过程中木材内部有二氧化硅生成。(3)二氧化硅/二氧化钛浸渍改善热处理橡胶木耐光老化性。经过紫外线加速老化后,热处理橡胶木较未处理材,明度值下降,颜色加深,随着老化时间延长,色差逐渐增大,二氧化硅热处理材与二氧化硅掺杂二氧化钛热处理材颜色变化与热处理材呈现相同趋势,二氧化硅浸渍热处理与二氧化硅掺杂二氧化钛浸渍热处理橡胶木老化前后色差较热处理相比分别下降了 11.70%和35.78%。热处理橡胶木老化后抗压强度、抗弯强度以及抗弯弹性模量下降明显;经过二氧化硅和二氧化钛浸渍热处理后,老化后较热处理材力学下降率降低,说明二氧化硅与二氧化钛浸渍处理增强了热处理材耐老化性。热重分析显示与二氧化硅浸渍热处理材相比,二氧化硅掺杂二氧化钛浸渍热处理的热解最终剩余物质增加,且最大降解温度由335℃延缓至340℃,说明与二氧化硅浸渍热处理材相比,二氧化钛掺杂进一步提高橡胶木热稳定性。热处理橡胶木与未处理材相比接触角增大至107.10°,木材由亲水变为疏水,二氧化硅浸渍热处理材初始接触角到达130.01°,进一步增强了热处理橡胶木疏水性。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
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