（木材科学与技术专业论文）人工林木材密实化处理技术及性能评价.pdf

摘要 自从国家实施天然林保护工程以后，大力营造人工林已成为解决我国木材供需矛盾 的重要途径，然而人工速生林木材材质软、密度低、加工工艺性能较差的特点限制了它 们的使用范围，所以为了提高人工林木材的材质等级，必须对它们进行改性处理。根据 国内外学者们的研究以及笔者的试验结果，证明树脂密实化浸渍处理技术是改善木材性 能的一种有效方法，这将为人工林木材的高附加值利用技术的研究提供新的途径，对开 拓人工林木材的应用领域具有重要的现实意义。 本研究从低分子量水溶性酚醛树脂合成工艺的研究入手，通过正交试验设计确定出 酚醛树脂溶液真空加压浸渍处理人工林杨木的最佳工艺参数，并按照该工艺处理杨木和 桦木试材，同时对两种处理材进行百度干燥试验，制定出密实型木材的干燥基准。然后 采用现代的分析测试仪器，分析了杨木和桦木经酚醛树脂密实化处理后树脂在木材内部 的渗透和分布情况与该处理方法引起的木材结晶度、木材化学基团以及木材表面润湿性 的变化，进而对密实化处理后木材的各项物理力学性能、机械加工性能和油漆涂饰性能 进行了系统的检测和评价，最后开发出人工林密实化木材新产品。结果表明： 1 采用低分子量水溶性酚醛树脂真空加压浸渍处理大规格杨木板材的最优工艺为： 树脂浓度为3 0 9 6 ，真空时间为6 0 m i n ，压力为1 0 m p a ，保压时间为3 h 。按照该工艺处理人 工林杨木和桦木，使其分别获得6 1 2 和2 8 3 的增重率。 2 对树脂密实化处理材与相同初含水率的素材在百度干燥试验中的干燥特性进行对 比分析并制定出密实化木材的干燥基准，这是本研究的一个创新点。研究结果表明，经 过处理后，杨木和桦木的干燥缺陷没有素材严重，但是处理材的干燥速度低于素材。两 种处理材的干燥特性很接近，桦木处理材的干燥基准比杨木处理材稍软一些。依据干燥 基准对杨木和桦木密实化处理板材进行窑干试验后，发现处理材干燥缺陷很少，干燥质 量优良。 3 通过扫描电镜( s e m ) 对处理后树脂在木材内部的渗透和分布情况的观察，x 射 线衍射法对处理材结晶度的测定，以及傅立叶红外( f t i r ) 对处理后木材化学基团变化 的分析，证明酚醛树脂处理液不但进入到木材的细胞腔和细胞间隙中，而且与组成木材 的基本物质纤维素、半纤维素和木质素中的某些基团发生了化学反应，酚醛树脂对木材 的改性是复杂的物理化学过程。 4 通过对杨木和桦木试材处理前后表面接触角的测定，得知处理后两种木材的润湿 性比处理前有所降低，但是经过砂磨可以提高处理材表面的润湿性；三种测试液体对木 材表面浸润性的优劣顺序是：二碘甲烷( 优) 甲酰胺( 中) 蒸馏水( 差) 。 5 对密实化处理前后木材的各项物理力学性能指标的检测结果表明，经过处理后， 除了冲击韧性较处理前有所下降外，其他各项物理力学性能都得到不同程度的提高，如 杨木和桦木密度分别提高了7 8 8 和2 4 2 ，抗弯强度分别提高了1 1 3 和6 1 ，抗弯弹性 模量分别提高了5 6 7 和3 0 3 ，从中可以看出杨木的改善效果更加明显。尺寸稳定化机 理主要是树脂填充于细胞腔的物理充胀作用和树脂与木材成分中某些物质发生化学反应 而使吸水性基团羟基大量减少的化学作用。 6 对密实化处理前后木材的机械加工性能指标的检测结果表明，密实化处理对杨木 板材加工性能的影响很大，处理材比素材各项加工性能的质量都有显著性的提高，而密 实化处理对桦木板材加工性能的影响不大，除横截性能以外，处理材的其他三项加工性 能的质量与素材相比并未有太大差别。总体来看，杨木处理材的加工性能最佳，杨木素 材较差。 7 采用三种不同的油漆对杨木和桦木素材及酚醛树脂密实化处理材分别进行涂饰， 并对其涂饰后的漆膜附着力、漆膜磨耗值及漆膜硬度进行检测和对比评价，结果表明密 实化处理对木材油漆涂饰性能几乎没有负面影响，甚至使木材某些涂饰性能得到小幅度 的改善。 8 通过对酚醛树脂密实化木材进行实木地板和实木窗的产品开发，可知处理材非常 适合加工地板，而杨木处理材还可以用于实木门窗的生产。两种产品的质量优良，外观 优美，而且价格也相对较低，应该有很好的市场应用前景。 关键词：酚醛树脂，密实，浸渍，人工林杨木，桦木 i i a b s t r a c t a f t e rt h ei m p l e m e n t a t i o no fn a t u r a lf o r e s tp r o t e c t i o np r o j e c t ，d e v e l o pp l a n t a t i o nh a s b e c o m et h em a i nm e t h o dt os o l v et h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt i m b e rs u p p l ya n dd e m a n d t h e d i s a d v a n t a g e so fp l a n t a t i o ns u c ha sl o wd e n s i t ya n dp o o rp r o c e s s i n gp r o p e r t i e sl i m i ti t s u t i l i z a t i o n i no r d e rt oi m p r o v ep l a n t a t i o nt i m b e rp r o p e r t i e s ，m o d i f i c a t i o ni sn e c e s s a r y o v e r s e a a n dd o m e s t i cr e s e a r c h e r sa sw e l la st h ea u t h o r se x p e r i m e n t si n d i c a t et h a tr e s i ni m p r e g n a t i o n p r o c e s si sa ne f f e c t i v ea p p r o a c ht oi m p r o v ew o o dp e r f o r m a n c e i tw i l lp r o v i d ean e ww a yf o r t h eh i 曲v a l u e - a d d e du t i l i z a t i o no f p l a n t a t i o nt i m b e r i ti sa l s os i g n i f i c a n tf o re x p a n d i n gt h e p l a n t a t i o nt i m b e ru t i l i z a t i o nf i e l d s t h i sp a p e rb e g i n sw i mt h es y n t h e s i st e c h n o l o g yo fl o wm o l e c u l a rw e i g h tw a t e rs o l u b l e p h e n o lf o r m a l d e h y d er e s i n t h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n tw a sa p p l i e dt od e t e r m i n et h eo p t i m a l v a c o u m - p r e s s u r e r e s i ni m p r e g n a t i o nt r e a t m e n tp a r a m e t e r sf o rp l a n t a t i o np o p l a rt i m b e r p o p i a t a n db i r c ht i m b e rw e r et r e a t e da c c o r d i n gt ot h ep a r a m e t e r s t h e n1 0 0 ce x p e r i m e n tw e r e c a r r i e do u t , a n dt h ed r y i n gs c h e d u l eo fe a c ht r e a t e ds p e c i e sw e r ee s t a b l i s h e ds e p a r a t e l y t h e m o d e r na n a l y s i sm e t h o d sw e r ea p p l i e dt oe x a m i n et h er e s i np e r m e a b i l i t ya n dd i s t r i b u t i o ni nt h e w o o d t h ec h a n g eo fw o o dc r y s t a l l i n i t y , c h e m i c a lg r o u pa n ds u r f a c ew e t t a b i l i t yc a u s e db y i m p r e g n a t i o nt r e a t m e n tw e r ea l s oa n a l y z e d a f t e rt h a t ，t h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s o ft r e a t e dw o o d ，m a c h i n i n gp r o p e r t i e sa sw e l la sf i n i s h i n gp r o p e r t i e sw e r es y s t e m a t i c a l l y e x a m i n e da n da s s e s s e d t h en o v e lp l a n t a t i o np fr e s i ni m p r e g n a t i o nt i m b e rp r o d u c t sw e r e d e v e l o p e d t h i sp a p e rc o m e su pt h ec o n c l u s i o na sf o l l o w s 1 t h eo p t i m a lv a c u u m - p r e s s u r er e s i ni m p r e g n a t i o nt r e a t m e n tp a r a m e t e r so fp o p l a rt i m b e r w i ml a r g es i z ea r e ：r e s i nc o n c e n t r a t i o n ：3 0 v r o 1 l l f f lk e e p i n gt i m e ：6 0 m i n , p r e s s u r e ：1 0 m p a , p r e s s u r ek e e p i n gt i m e ：3h o u r s t r e a tp o p l a ra n db i r c ht i m b e ra c c o r d i n gt ot h ea b o v e p a r a m e t e r s t h ew e i g h ti n c r e a s er a t eo f p o p l a ra n db i r c ha r e6 1 2 a n d2 8 3r e s p e c t i v e ly 2 t h i sp a p e rs t u d i e st h ed r y i n gc h a r a c t e r i s t i co f t r e a t e dw o o da n dc o m p a r ew i t ht h eu n t r e a t e d w o o dw i mt h es a m em o i s t u r ec o n t e n tb y1 0 0 ce x p e r i m e n t t h ed r y i n gs c h e d u l e sf o rt h e t r e a t e dw o o dw e r ee s t a b l i s h e d i ti st h ei n n o v a t i o no ft h i sp a p e r t h er e s u l ts h o w st h a t t r e a t e dw o o dh a sl e s ss e r i o u sd r y i n gd e f e c t sa n dc o s tm o r et i m ef o rd r y i n gt h a nu n t r e a t e d w o o d t h et r e a t e dw o o da n du n t r e a t e dw o o dh a v es i m i l a rd r y i n gc h a r a c t e r i s t i c s t h e d r y i n gs c h e d u l ef o rb i r c hi ss o f t e rt h a np o p l a r a f t e rd r y i n g , l i r l ed e f e c t si nt r e a t e dw o o d w e r ed e t e c t e d t h et r e a t e dw o o dh a sg o o dd r y i n gq u a l i 何 3 r e s i np e r m e a b i l i t ya n dd i s t r i b u t i o ni nw o o da f t e rt r e a t m e n tw e r eo b s e r v e db ys e m ， c y s t a l l i n i t yo f t r e a t e dw o o dw a sc a l c u l a t e db yx r d a n dc h a n g eo f c h e m i c a lg r o u pi nw o o d a f t e rt r e a t m e n tw a sa n a l y z e db yf t i r r e s u l ts h o w st h a tp fr e s i nn o to n l yi m p r e g n a t ei n t o w o o dc e l ll u m e na n di n t e r c e l l u l a rs p a c e ，b u ta l s or e a c tw i t ht h es o m eg r o u p si nc e l l u l o s e ， h e m i c e l l u l o s e sa n dl i g n i n i ti si n d i c a t e dt h a tt h ep fr e s i ni m p r e g n a t i o nt r e a t m e n ti sa c o m p l e xp h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o c e s s 4 t h ec o n t a c ta n g l es h o w st h a tt r e a t e dw o o dh a sl o w e rw e t t a b i l i t yt h a nu n t r e a t e dw o o d ， w h i l ea f t e rs a n d i n gt h ew o o ds u r f a c ew e t t a b i l i t yi n c r e a s e s t h eo r d e ro ft h et h r e ec h e m i c a l r e a g e n t so nw o o ds u r f a c ew e t t a b i l i t yi s ：d i i o d o m e t h a n e ( g o o d 、 f o r m a m i d e ( m e d i u m ) d i s t i l l e dw a t e r ( b a d ) 5 t h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft r e a t e dw o o ds h o wt h a ta l lp h y s i c a la n d m e c h a n i c a lp r o p e r t i e se x c e p ti m p a c tt o u g h n e s sh a v ei n c r e a s e da f t e rt r e a t m e n t t h ed e n s i t y o fp o p l a ra n db i r c hw o o di n c r e a s e sb y7 8 8 a n d2 4 ，2 b e n d i n gs t r e n g t hi n c r e a s e sb y 1 1 3 a n d6 1 ，t h em o d u l u so fe l a s t i c i t yi n c r e a s e sb y5 6 7 a n d3 0 3 ，r e s p e c t i v e l y p o p l a rt i m b e rg e t so b v i o u si m p r o v e m e n t s m e c h a n i s mo fd i m e n s i o n a ls t a b i l i t yl i e s i n ： r e s i nf i l li nw o o dl u m e na n db u l k ；r e s i nr e a c tw i t hs o m eg r o u p si nw o o da n df o r mn e w c h e m i c a lb o n d s ，t h ea b s o r b e n tg r o u p h y d r o x y ls i g n i f i c a n t l yr e d u c e 6 t h em a c h i n i n gp e r f o r m a n c eo ft r e a t e dw o o ds h o w st h a tp fr e s i ni m p r e g n a t i o nt r e a t m e n t h a ss i g n i f i c a n te f f e c t so nm a c h i n i n gp e r f o r m a n c eo fp o p l a rw o o d t r e a t e dw o o dh a sb e t t e r m a c h i n i n gp e r f o r m a n c et h a nu n t r e a t e dw o o d t ob i r c hw o o d ，p fr e s i ni m p r e g n a t i o n t r e a t m e n th a sn oi n f l u e n c eo ni t sm a c h i n i n gp e r f o r m a n c ee x c e p tf o rt h ec r o s sc u t t i n g g e n e r a l l ys p e a k i n g , t r e a t e dp o p l a rw o o dh a st h eb e s tm a c h i n i n gp e r f o r m a n c e ，w h i l et h e u n t r e a t e dp o p l a rw o o dh a sw o r s em a c h i n i n gp e r f o r m a n c e 7 t h r e ed i f f e r e n tt y p e so f p a i n t sw e r ea p p l i e dt of i n i s hb o t ht r e a t e da n du n t r e a t e dw o o d t h e c o a t i n ga d h e s i o n ，c o a t i n ga b r a s i o na n dc o a t i n gh a r d n e s sw e r ee x a m i n e da f t e rf i n i s h i n g t h er e s u l ts h o w st h a tp fr e s i ni m p r e g n a t i o nt r e a t m e n th a sn on e g a t i v ee f f e c t so nw o o d p a i n tf i n i s h i n gp r o p e r t i e s s o m es p e c i e se v e nh a si n c r e a s e df i n i s h i n gp r o p e r t i e s 8 t h ed e v e l o p m e n to f n o v e lp r o d u c t sb yt r e a t e dw o o ds h o w st h a ta f t e rp fr e s i ni m p r e g n a t i o n t r e a t m e n t ，t h et r e a t e dw o o di ss u i t a b l et of l o o rm a n u f a c t u r i n g t r e a t e dp o p l a rt i m b e ra l s o f i t sf o rd o o ra n dw i n d o wp r o d u c t i o n t h ep r o d u c t sh a v eg o o dq u a l i t y , b e a u t i f u la p p e a r a n c e a sw e l la st h el o wc o s t i tm u s th a v eap r o m i s i n gm a r k e t k e y w o r d s ：p h e n o lf o r m a l d e h y d er e s i n ，d e n s i f i c a t i o n ，i m p r e g n a t i o n ，p l a n t a t i o np o p l a r , b i r c h i v 图目录 图2 1 四因素影响木材增重率的效应曲线图1 6 图3 1 百度试样测量方法1 9 图3 2 试样截面变形测定法1 9 图4 - 1 扫描电子显微镜2 5 图4 - 2 杨木素材横切面2 6 图4 3 杨木处理材横切面2 6 图4 - 4 桦木素材横切面2 6 图4 5 桦木处理材横切面2 6 图4 6x 一射线衍射仪2 8 图4 7 傅立叶变换红外光谱仪3 0 图4 8 杨木处理材与素材f t i r 图谱比较3 1 图4 - 9 杨木处理材与素材f t i r 图谱和差谱比较3 2 图4 - 1 0 桦木处理材与素材f t i r 图谱比较3 2 图4 一l l 桦木处理材与素材f t i r 图谱和差谱比较3 3 图4 一1 2 液体与木材表面的接触角3 4 图4 一1 3 接触角测定仪3 5 图5 - 1 小试样加工示意图4 0 图5 2 杨木试材处理前后不同条件下的干缩率4 1 图5 3 桦木试材处理前后不同条件下的于缩率4 2 图5 - 4 杨木试材处理前后不同条件下的湿胀率4 4 图5 5 桦木试材处理前后不同条件下的湿胀率4 4 图5 6p f 树脂处理前后杨木的吸水特性曲线4 5 图5 7p f 树脂处理前后桦木的吸水特性曲线4 6 图5 8 杨木试材处理前后的密度统计图4 8 图5 9 桦木试材处理前后的密度统计图4 8 图5 1 0 杨木和桦木试材处理前后抗弯弹性模量的盒状统计图4 9 图5 一1 1 杨木和桦木试材处理前后的抗弯强度和顺纹抗压强度5 0 图5 1 2 杨木和桦木试材处理前后的表面硬度和握钉力5 1 图5 1 3 杨木和桦木试材处理前后的冲击韧性5 3 图5 - 1 4 杨木和桦木试材处理前后的表面耐磨性5 4 图5 一1 5 顺纹胶合剪切强度试样加工示意图5 5 图5 - 1 6 胶合剪切强度各等级试件比率5 6 图6 - 1m j 6 1 2 8 b 型精密裁板锯6 0 图6 2 横截后一级和一二级试件比率6 1 图6 3 横截后杨木素材的锯面6 2 v i i i 图6 - 4 横截后杨木处理材的锯面6 2 图6 5 横截后桦木素材的锯面6 2 图6 6 横截后桦木处理材的锯面6 2 图6 7 处理前后木材横截性能质量等级6 3 图6 8p r o f i m a t2 3 e c 型四面刨床6 4 图6 - 9 刨切后一级和一二级试件比率6 5 图6 1 0 杨木素材的刨切面6 5 图6 1 1 杨木处理材的刨切面6 5 图6 - 1 2 桦木素材的刨切面6 6 图6 - 1 3 桦木处理材的刨切面6 6 图6 1 4 处理前后木材刨切性能质量等级6 6 图6 - 1 5d t s 系列横向双端铣6 7 图6 - 1 6 榫槽加工后一级、二级及一二三级试件比率6 8 图6 - 1 7 杨木素材的榫槽加工表面6 8 图6 1 8 杨木处理材的榫槽加工表面6 9 图6 1 9 桦木素材的榫槽加工表面6 9 图6 2 0 桦木处理材的榫槽加工表面6 9 图6 2 1 处理前后木材榫槽加工性能质量等级6 9 图6 2 2 单砂架宽带砂光机7 0 图6 2 3 表面粗糙度测定仪7 0 图6 2 4 砂光后一级和二级试件比率7 1 图6 2 5 杨木素材粗糙度曲线7 2 图6 2 6 杨木处理材粗糙度曲线7 2 图6 - 2 7 桦木素材粗糙度曲线7 2 图6 - 2 8 桦木处理材粗糙度曲线7 3 图6 - 2 9 处理前后木材砂光性能质量等级7 3 图7 - 1 磨耗仪7 5 图7 - 2 电子天平t 7 5 图7 - 3 漆膜划割器7 6 图7 - 4 铅笔硬度计7 6 图7 - 5 三种油漆漆膜附着力的等级分布7 8 图8 - 1 密实型人工林实木地板的生产工艺8 1 图8 - 2 密实型实木地板a 8 2 图8 - 3 密实型实木地板b 8 2 图8 - 4 密实型实木地板c 8 2 图8 - 5 密实型杨木欧式实木窗的生产工艺8 2 图8 6 密实型杨木欧式实木窗8 3 i x 表目录 表2 1 酚醛树脂的各项性能指标1 4 表2 2 f 交试验因子和水平表1 4 表2 - 3 正交试验计划表1 5 表2 - 4 影响木材增重率主因素的直观分析表1 6 表2 5 木材增重率影响因素的方差分析表1 7 表3 一l1 0 0 干燥试验中各干燥缺陷及干燥速度分级标准2 0 表3 2 缺陷等级与干燥条件对应表2 0 表3 3 百度试验中试材各项测试情况统计表2 l 表3 4 与试样干燥缺陷等级对应的干燥条件2 2 表3 5 密实型木材干燥基准表2 3 表4 1 处理前后杨木和桦木的相对结晶度变化2 9 表4 2 密实化处理前后木材表面接触角的变化3 7 表5 - 1 试验设备的基本参数3 9 表5 2 各物理力学性能指标所要求的试样尺寸和数量4 0 表5 3 杨木和桦木试材处理前后径向和弦向的干缩率4 1 表5 - 4 杨木和桦木试材处理前后径向和弦向的湿胀率4 3 表5 5 杨木和桦木处理后的抗胀率和阻湿率4 4 表5 - 6 杨木和桦木处理前后的吸水率4 5 表5 7 杨木和桦木处理前后各项物理力学性能指标4 9 表5 8 杨木和桦木处理前后的顺纹胶合剪切强度5 5 表5 9 胶合剪切强度各等级试件比率统计5 5 表5 1 0 杨木和桦木处理前后试材的木破率统计5 6 表6 1m j 6 1 2 8 b 型精密裁板锯基本参数6 0 表6 2 横截后各等级试件比率6 1 表6 3p r o f i m a t2 3 e c 型四面刨床基本参数6 3 表6 4 刨切后各等级试件比率6 4 表6 5d t s 系列横向双端铣基本参数6 7 表6 6 榫槽加工后各等级试件比率6 8 表6 - 7 砂光后一二级试件比率7 1 表6 8 试样砂光后粗糙度参数7 2 表7 一l 漆膜附着力等级7 7 表7 2 三种油漆漆膜附着力等级7 8 表7 3 三种油漆的漆膜磨耗值7 8 表7 - 4 三种油漆漆膜磨耗值各等级比率7 8 表7 5 三种油漆漆膜的铅笔硬度8 0 x 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特另l l j n 以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得本研究生培养单位或其它教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 同期： 年 月同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解中国林业科学研究院有关保留、使用学位论文的规定，中 国林业科学研究院有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。本人授权中国林业科学研究院可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 年月日 学位论文作者毕业联系方式 工作单位： 联系电话： 电子邮件： 通讯地址、邮编： 导师签名： 年月日 第一章绪论 1 1 绪言 木材是一种可再生、可再循环利用和可自然降解的绿色材料和生物资源，它具有许 多其他材料( 钢铁、水泥、塑料) 无可比拟的优点，如天然的色泽、美丽的纹理、平滑 舒适的质感，而且质轻、富有弹性和韧性，可塑性好，易于加工。但木材也存在一些缺 陷，如由于含水率的变化产生干缩、湿胀，从而引起构件尺寸及形状的变异和强度的降 低，发生开裂、扭曲，易霉变腐朽，易受虫菌蛀蚀，易燃烧等。这些原因不仅使木材丧 失了原有的天然色泽和纹理，而且使木材在使用功能和加工方面受到一定的限制，所以 为改善和克服木材的缺点，使其更符合人类利用的需要，必须对木材进行功能性改良。 近些年来，国内外许多学者已经在树脂密实浸渍处理木材方面做了大量工作，结果表明， 采用水溶性低分子量树脂浸渍处理木材，既保留了木材原有的优良品质，又弥补了木材 自身的某些缺陷，是一种行之有效的木材改性技术。本章主要从浸渍树脂种类、浸渍处 理工艺、改性材的性能以及改性机理几方面入手，详细介绍了低分子量树脂密实化浸渍 处理木材在国内外的研究状况，为该领域内更深入的工作研究奠定理论基础。 1 2 木材密实化浸渍处理技术研究概况 1 2 1 浸渍树脂 木材在水溶性低分子量树脂的溶液中浸渍时，树脂扩散进入木材细胞壁并使木材增 容，经干燥除去水分，树脂由于加热而固化，生成不溶于水的聚合物，沉积填充于细胞 壁内，或与木材组分发生交联，从而使木材密度增大、强度提高i l 】。用于浸渍木材的合 成树脂必须具有粘度低的特点，否则无法对木材进行充分浸渍。聚合度的高低是决定树 脂浸渍处理效果好坏的主要因素，所以应采用低聚合度的初期树脂。 热固性合成树脂在固化后耐水性强，不流失，而且强度高，受热不软化，适用于浸 渍木材。目前已有许多不同类型的树脂能成功地在木材内部聚合，如酚醛树脂( p f ) 、脲 醛树脂( u f ) 、三聚氰胺甲醛( m f ) 以及异氰酸酯等。 酚醛树脂在木材改性技术中的应用最为广泛，虽然其价格要比脲醛树脂高，但由于 它具有很高的强度和耐水性，所以仍颇受青睐。一般用于木材粘接的酚醛树脂其分子量 较大，聚合度较高，而浸渍用酚醛树脂必须是粘度低、水溶性好的初期聚合物，这样才 能获得更好的浸渍效果。李坚等【习利用凝胶渗透色谱仪对1 6 种不同合成条件的水溶性低 第一章绪论 分子量酚醛树脂样品进行检测，分别求得数均分子量、重均分子量和树脂质量指标。结 果表明，苯酚：甲醛：n a o h 的摩尔比为l ：2 1 ：0 1 ，反应时间超过1 8 0 m i n 后，p f 预聚物的分 散指数小，分子量均匀；g p c 谱图显示，谱峰比较稳定，分子量分布在2 0 0 - 4 0 0 之间的占 9 8 3 ：树脂质量指标检测表明，固体含量为4 9 ，8 ，游离苯酚含量为0 1 8 ，游离甲醛 含量为0 1 4 ，可被溴化物含量为1 5 5 ，树脂粘度为8 8m p a s ，树脂的p h 值为9 2 3 ， 水混和倍数为l 7 5 。酚醛浸渍用树脂的一个很大缺点就是会使处理材的颜色变深，严重 限制了其改性木材的应用范围。国内学者在这方面做了一些相关性研究，方桂珍、李淑 君等【剐采用紫外( u v ) 和红外( i r ) 吸收光谱分析了低分子量酚醛树脂在合成和固化过程中 主要产物的光吸收作用，对低分子量酚醛树脂处理木材导致材色加深的因素进行了探讨， 结果表明合成树脂的颜色是由副反应产生。酚醛树脂从合成到固化，始终伴随氧化等副 反应，所形成的醌类物质使树脂产生颜色，在碱性条件下的氧化作用更强。因此，在树 脂合成时采用低的用碱量、温和的反应条件，将甲阶酚醛树脂调至弱酸性再固化，可减 小氧化等副反应发生，达到颜色浅化的目的。傅深渊等【4 】采用选择性的研究方法，合成 出一种专用于生产浅色酚醛树脂的“g 0 ”试剂，在制备酚醛树脂的工艺中只要加入此试 剂，不需改进其它工艺就可制成浅色酚醛树脂而对其原本性能基本不受影响。 与其它树脂相比，脲醛树脂用于浸渍处理木材的一个优点就是成本较低，容易制取。 彭望明掣5 】采用j 下交试验，确定用于木材改性的脲醛树脂的最佳合成条件为：反应温度 5 0 - 6 0 ，反应时间1 5 h ，p h 值8 5 ，u f 值l ：1 7 5 。结果表明，在此条件下合成的脲醛树 脂对板栗木、青岗木、耳木的改性效果良好，木材的尺寸稳定性和顺纹抗压强度都得到 了提高。脲醛树脂的缺点是耐水性和贮存稳定性较差，所以有必要对其进行改性。一般 来讲，脲醛树脂的改性可以通过两种方法进行：一种是在已合成好的脲醛树脂中加入其 他耐水性树脂；另一种是在合成脲醛树脂的同时，加入另外一种活性单体，使之发生共 聚反应。邱国福掣6 l 就曾结合以上两种方法对脲醛树脂进行改性：以聚顺丁烯二酸二乙 醇酯( p m ) 和三聚氰胺( t ) 分别改性脲醛树脂( u f ) ，合成了两种稳定的改性脲醛树脂一 p m u f 和t u f ，并考察了改性树脂中p m 的含量和t u 摩尔比对木材改性效果的影响。试 验结果表明，p m - u f 树脂和t u f 树脂不仅稳定性大大增强，而且以这两种树脂改性的木 材，除吸水率相差不多外，其它性能均比以u f 树脂改性的木材性能有所提高。 三聚氰胺一甲醛树脂色浅、耐水、化学性质稳定，兼有耐候、耐腐性能，因此也常被 用于浸渍改性木材。常德龙等 7 1 在合成改性低分子三聚氰胺一甲醛树脂( m f ) 时，加入了多 元醇改性剂，目的是为了增a n - - 聚氰胺一甲醛树脂的塑性，减少脆性，即降低树脂分子量， 2 第一章绪论 减少立体交联度。然后用合成树脂浸渍处理泡桐木材并横向压密，使木材的各项物理性 能得到提高。 所谓异氰酸酯是各种酯的总称，有一异氰酸酯( r n = c = o ) 和二异氰酸酯( o = c = n r n = c = o ) ，通常都是具有难闻气味的液体。异氰酸酯改性木材是利用了于木材中的羟 基发生反应而生成含氮的酯，使处理材具有优良的尺寸稳定性和抗生物侵害功能，所以 在海洋环境中十分稳定，耐虫、耐久，但是异氰酸酯价格过于昂贵。一般在处理木材时， 要用到催化剂如二甲基甲酰胺，由于异氰酸酯类化合物对木材的膨胀作用较小，为了提 高处理效果，往往先用催化剂膨胀木材，然后再用异氰酸酯类溶液浸渍处理。 1 2 2 浸渍处理工艺 目前，浸渍处理木材最广泛的方法是真空加压浸注法，即木材先在一定的负压条件 下抽真空，然后利用处理罐内外压力差将浸渍树脂注入罐中，浸渍液要始终包围并淹没 木材，最后根据需要向罐内施加一定压力，保持相应时间。整个浸渍过程是树脂溶液在 木材表面通过浸润、扩散逐步浸入木材内部甚至贯穿木材本体的过程。抽真空的作用可 使木材内部孔穴中的空气预先被排除，这就为浸渍液体进入木材内部创造了条件，同时 还降低了浸渍液体浸入木材的阻力，并扩大了浸渍液体在木材内部的可存留空间；外部 施加压力可使浸渍液迅速并充分的浸入到木材内部甚至浸透木材，实现木材对浸渍液吸 收量的最大化。 吴玉章等f 8 】对杉木木材经过低分子量酚醛树脂常压浸渍和真空浸渍后的浸注效果及 树脂在木材内的分布状态进行了系统地研究，结果表明，常压浸渍的树脂水溶液充填率 为理论最大浸注量的1 0 左右，而真空浸注可达到9 0 以上，真空浸注效果明显；软x 射 线解析样品纵向树脂分布状态结果表明，在常压浸渍的情况下，树脂主要分布在样品的 端部，而经过真空浸注处理，树脂注入的深度增加。宋晓辉等【9 】通过系列化试验，用常 压和真空浸渍的方法，研究了人工林杨树木材的渗透工艺及工艺参数对纵向渗透性能的 影响。试验结果表明：真空浸渍优于常压浸渍，增加浸渍时间，可显著增大深度，浸渍 2 4 h 渗透深度是浸渍4 h 的1 0 倍，但再延长时间效果不明显。由此可见，抽真空对木材处理 效果的好坏起着非常重要的作用。 但是影响木材浸注效果的因