（木材科学与技术专业论文）速生银杏木材工业化利用的初步研究.pdf

摘要 银杏是古老的树种之一。银杏材是一种绿色、健康性的木材，改革开放以来，我国银 杏栽培发展速度突飞猛进。随着银杏的种植面积不断的增大，随着科技的进步，市场的 需要，用银杏木材制作的高档工艺品、雕刻品、家具、玩具和室内装饰材料，如三合板、 装饰板的面板等的新工艺、新产品将会有更大的市场。 本课题主要探讨的是银杏小径材、枝丫材和间伐材在制造绿色环保型人造板中的应 用。在对银杏木材化学组分和木材表面特性研究的基础上，开展对银杏木材制造绿色胶 合板和环保型纤维板进行了研究。 用银杏单板和大豆蛋白胶制造绿色胶合板，月经试验研究此胶合板不仅性能达到甚 至超过国家n 类胶合板标准，而且它的防霉性能要优于现在广泛利用的杨木胶合板。 另外根据前人己经证实的植物纤维可自粘的胶合理论，主要以银杏枝丫材和间伐材 为原料制造环保型纤维板。利用现有的中密度纤维板生产线，对所有生产设备( 只有制 胶设备停止使用) 没有作任何改动条件下，即可生产产品。并+ 日环保型银杏中密度纤维 板产品的物理力学性能( 除弹性模量以外) 都能达到国家中密度纤维板的要求。用穿孔 法对该产品进行甲醛释放量进行检测，结果表明环保型银杏纤维板产品无甲醛释放。 关键词：银杏木材、无醛胶、无胶胶合、板材性能、防霉 a b s t r a c t g i n k g ob i l o b ai so n eo ft h eo l d e s ts p e c i e sa n d 、 m i c hi st h ew o o do fg r e e na n dt h eh e a l t h s i n c er e f o n l la n do p e n i n gu po fo u rc o u n t r y ，t h ep a c eo fd e v e l o p m e n tg i n k g oi sa d v a n c e r a p i d l y w i t ht h eg i n k g oa c r e a g ei n c r e a s e s ，t h ea d v a n c e m e n to ft e c h n o l o g ya n dt h en e e d so f t h em a r k e t ，u e sg i n k g ot i m b e rt op r o d u c eo fh i g h - g r a d eh a n d i c r a r s ，s c u l p t u r e ，f u r n i t u r e ，t o y s a n di n t e r i o rd e c o r a t i o nm a t e r i a l sw i l lb eh a v eab i g g e rm a r k e t t h i st o p i cm o s t l yd i s c u s st h eu e so fg i l l l ( g ow o o di nt h ew o o d - b a s e dp a n e l ，r e s p e c t i v e l y r e s e a r c ht h eu e so fg i n k g o v e n e e r ，g i n k g oz h i y at i m b e ra n dt h i n n i n gw o o di nt h e w o o d b a s e dp a n e li n d u s t r y u s eg i i l l 【g o 、，e n e e ra n ds o y b e a na d h e s i v et op r u d u c eg r e e np l y w o o d ，w h i c hh a sn oh a m t oe n v i r o m e m t h ep e r f o r m a n c eo ft h i sp l y w o o dc a nm e e to rs u 印a s st h ep e r f o r m a n c e s t a n d a r d so fp l y w o o dn a t i o n a l 兀b yw a yo ft e s to fi t sa n t i - m i l d e w ，t h i sg r e e np l y w o o dh a s s u p e r i o rp r o p e n i e st h a nt h ey a n g m up l y w o o d 、v h i c hn o ww i d e l yu s e d o t h e n i s ei na c c o r d a n c ew i t ht h e o r yt h a tt h ep l a n tf i b e rc a nb es e l f - a d h e s i v eb o n d i n gt h a t o t h e fp r e d e c e s s o r sh a sb e e nc o n f i m e d ，c a nm a k eu s eo ft h ee x i s t i n gm e d i u m d e n s i t y f i b e r b o a r dp r o d u c t i o nl i n e sa n dp r o d u c t i o no fp r o d u c t s t h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s ( a p a nf r o mt h ee l a s t i cm o d u l u s ) o ft h ep r o d u c tc a nm e e tt h es t a t er e q u i r e m e n t s ， m e d i u md e n s i t ) rf i b r e b o a r d t e s tf o m a l d e h y d ee m i s s i o no ft h i sp r o d u c tb yp e r f o r a t i o n ，t h e t e s tr e s u l t ss h o w e dt h a tf o 啪a l d e h y d e f e er e l e a s e k e yw o r d s ：g i n k g ow o o d ，n o n - f o m a l d e h y d ea d h e s i v e ，s e l f - b o n d i n g ，p e r f o r n l a n c eo f w o o d b a s e dp a n e l ，p r e v e n tm i l d e w 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作 所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在丈中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者( 本人签名) ：汤么年 沙，驴年 石川了日 l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南京林业大学有关保留，使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版( 中国科学技术 信息研究所；国家图书馆等) ，允许论文被查阅和借阅。本人授权南京林业大学 可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以汇编和综合 为学校的科技成果，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论 文全部或部分内容。 保密口，在年解密后适用本授权书本学位论文属于不保密彭 ( 请在以上方框内打“ ” ) 学位论文作者( 本人签名) ：冯么孕列略年月 指导教师( 本人签名 瘌夕瓣绷 f 7 日 ，刀 致谢 本论文是在导师梅长彤副教授悉心指导下完成。在完成论文期间，导师给予我很大 的鼓励和资金上的支持，对我的培养耗费了大量的精力和心血，让我受益匪浅。借此机 会，表达我最诚挚的谢意。 感谢徐永兰教授、张洋教授、吴羽飞副教授、周晓燕副教授、金菊婉副教授、连海 兰副教授、兰平老师和杨蕊老师以及“中心”实验室李显成师傅、赵庆武师傅和丁哲老 师的指导和无私帮助。 感谢师兄董诗文、彭明凯，同学周绪斌、董丽君、张一萍、姜俊、师弟张迟伟、廖 承斌等同学在试验过程中和生活中给予很大帮助。 最后，感谢我的父母和舅舅对我的支持，感谢他们在我人生道路上的鼓励和关怀。 他们的鼓励使我完成学业和追求向上的动力。 冯云平 2 0 0 8 年6 月于南京 1 前言 1 1 国内外森林资源现状 由于木材具有重量轻、强度高、弹性好、纹理美观、加工容易且可再生资源等特点， 它已成为除水之外的、人类最重要、应用最广泛的原料之一。在过去2 0 多年中，林业 和木材工业在许多国家的经济中发挥了重大作用。林产品的生产给当地经济和市场的发展 带来了好处，但与此同时，由于土地占用、毁林开荒、非法采伐，极大地减少了森林资源。 一些国家的热带雨林资源几乎完全消失。发展中国家天然林破坏较严重，特别是亚洲、非 洲和中南美洲热带森林破坏严重，过去曾经大量出口木材的非洲国家已经变为进口国家。 亚洲，特别是东南亚，面临热带森林利用与环境保护冲突的问题。进一步利用亚马逊流域 森林也存在同样的问题，采伐量将会下降，而不是上升。非洲和世界其他地区森林采伐量 的增加将是有限的。因此，当前世界各国为了保护生态环境和林业的可持续发展，都制订 了限制原木采伐的计划口1 。 国家林业局公布的第六次全国森林资源清查结果。”显示：我国现有森林面积1 7 5 亿 h m 2 ，森林覆盖率1 8 2 1 ，森林蓄积1 2 4 5 6 亿m 2 。人工林保存面积0 5 3 亿h m 2 ，蓄积量 1 5 0 5 亿m 3 ，人工林面积居世界首位。存在的问题：1 ) 总量不足，我国森林覆盖率仅相 当于世界平均水平的6 1 5 2 ，居世界第1 3 0 位。人均森林面积0 1 3 2 1 1 m 2 ，不到世界人均 的l 4 ，居世界第1 3 4 位。人均森林蓄积9 4 2 1 m 3 ，彳i 到世界人均的l 6 ，居世界第1 2 2 位； 2 ) 分布小均，东部地区森林蓄积率为3 4 2 7 ，中部2 7 1 2 ，西部1 2 5 4 ，西北5 省区 仅为5 8 6 ；3 ) 质量不高，全国林分平均蓄积量8 4 7 3 m h m 2 ，仅为世界平均水平的8 4 8 6 ， 居世界第8 4 位。林分平均胸径仅1 3 8 c m ，营林水平不高，树种单一；4 ) 林地流失，清查 其内有1 0 1 0 6 8 万肼林地被改为非林业用地，全国有林地转变为非林地面积达3 6 9 6 9 万耐，年均7 3 9 4 万耐；5 ) 全国年均超限额采伐7 5 5 4 2 1 万m 3 。 在我森林资源贫乏，优质天然林、大径级木材资源曰益枯竭，自1 9 9 8 年启动了天然保 护工程后，木材供给大量减少，木材的供需矛盾口益突出。但随着人造板工业的顺速发展， 对木质原料的需求量又不断增长。为缓解人造板生产原料的需要短缺问题，必须大力开发 速生林、努力提高木材的综合利用率、改善木材的使用性能、扩大木材的应用领域，加强 采伐剩余物、加工剩余物等木质废弃物的利用。 1 2 我国速生银杏资源及利用现状 银杏( g 加枷b f f d 施三) 又名白果、公孙树或鸭脚树，为落叶大乔木，是古老的树种之 一。它在地球上已有近3 亿年的历史，目前栽培的银杏属裸子植物门银杏纲中仅有的一个种， 一直以中国分布最广，故称之为中国的特有树种n 1 。 1 2 1 速生银杏资源现状 改革开放以来，我国银杏栽培发展速度突飞猛进。现在人们不再是只有走进寺庙或名 胜古迹地，才可看到稀有的几株老银杏树，银杏的千万个子后代都纷纷离开寺庙，到城市的 街道旁、公园里、校园及其他庭院内扎根落户，到农村的田地时、山坡上和宅边路旁安了 家。据不完全统计5 | ，现在全国人工速生银杏林栽培面积约1 7 万h m 2 ，其分布地区见表1 1 。 表1 1 我l 州银含的丰要分布地区 可见，在我国银杏的分布较广，这些银杏木材虽然不是以前人们所认为的数千年生长 的银杏，但也具有药用价值等优点，随着速生银杏产量的增多，怎样对每年的间伐材、修 剪的枝丫材和小径材这些珍贵银杏木材资源合理化利用，是目前亟需探讨和解决的问题。 1 2 2 速生银杏加工利用现状 我国银杏加工利用主要始于8 0 年代末和9 0 年代初，虽然起步较晚，但现已形成一定规 模。据4 i 完全统计，目前全国银杏果、叶加工企业近2 0 0 家，主要生产银杏食品、保健品、 饮料、化妆品、药品等系列产品。 银杏存林业界视为丌i 可多得的珍贵用材树种。它浑身是宝，集食用、药用、材用、绿 化和观赏等多种用途于一体，具有很高的科技、经济、药物和生态利用价值。其中，银杏 果价值：银杏果为上等干果，营养丰富，味道甘美，药食俱佳；银杏叶价值：银杏叶具有 很高的药用价值：银杏观赏价值：银杏树体高大，伟岸挺拔，雍容富态，端庄美观，季相 分明- 月有特色；银杏生态价值：银杏抗病虫害，耐污染，对小良环境条件适应性强，是优 良的绿化树种m 1 。一 本课题主要探讨的是银杏木材的应用，银杏木材价值：银杏木材质地优良，易干燥， 速度快，4 、= 翘裂，兼有特殊之药香味，素有“银香木”之称。切削容易，切面光滑，油漆 后光亮性良好，胶粘容易，握钉力弱，彳i 劈裂。常用于建筑、癫狂、镶嵌、各种雕刻工艺、 2 高级文化和乐器用品以及工业特殊用具等，如匾额、木鱼、印章、工艺品、测绘图板、测 尺、仪器盒、笔杆、棋子棋盘、网球拍及各种琴键等。在工业上常用于纺织染滚、翻沙机 模型、漆器木模等。银杏木材价格昂贵，也常制作各种高级家具。 据史料记载，南宋，岳飞曾用银杏木材为江苏泰兴作匾额题字“延佑观”；北宋，金 銮殿的皇帝坐椅；元朝，大臣手执的朝笏都选用银杏木；明朝，李时珍的本草纲目记 述“其材耐久，肌理白腻。木家取刻符印，方能如使也”。我国用银杏木材做木雕，工艺 精湛，已有百年历史。 但是过去由于种种偏见和认识不足，对于银杏木材的加工利用的产品不多，目前，在社 会上银杏木材主要用于雕刻和砧板。随着科技的进步，市场的需要，用银杏木材制作的高档 工艺品、雕刻品、家具、玩具和室内装饰材料，如：三合板、装饰板的面板等的新工艺、 新产品将会有更大的市场。 1 3 环保型人造板研究现状及发展趋势 1 3 1 大豆蛋白胶做胶合板的研究现状及发展趋势 植物蛋白是大宗农产品加工的主要副产品，有丰富的来源。植物蛋白不仅是重要的食品 原料，而且在非食品领域也有广泛的应用。就大豆蛋白胶粘剂而言，1 9 2 3 年，世界上出现了 以大豆粉为基料的胶合板胶粘剂h ，引，o j 0 1 1 n s o n 、i l a u c k s 和g d a v i d s o n 为胶合板工业等提 出豆粕制造胶粘剂的基本理论，这在2 0 世纪2 0 年代后期是经济可行的。 2 0 世纪3 0 年代，胶合板工业为了跟上自动化工业需求木材胶合板的发展，市场上大量需 求优质大豆粉制作的胶粘剂。到1 9 4 2 年，美国西海岸几乎每个胶合板工业厂家都采用大豆 胶粘剂，这一段时期大豆胶粘剂占领了美国胶合板市场的8 5 。但是在第二次世界大战后， 随着石油工业的发展，以石油衍生物为基料的胶粘剂逐渐取代了大豆胶粘剂而持续主导着 胶粘剂市场，这是由于石油衍生胶有着更好的粘接强度和抗水性阳1 ，但大多数木材用石油 衍生胶含有苯酚甲醛胶粘剂，它危及环境和人的健康；再加上胶粘剂市场的扩大和需求量 的急增，石油衍生胶的资源有限和不可再生，因此，近年来，随着全世界不可再生资源的日 渐枯竭和人类对环境问题的日益关注，对环境无害而又可再生的植物蛋白胶粘剂日益得到 人们的重视和青睐一1 。 植物蛋白具有价廉而量广，易于操作。特别是化学改性技术的发展，拓宽了蛋白质改性 技术在非食品领域中的应用，因此，发展性能良好的植物蛋白作为木材胶粘剂的研究、生 产和应用一直受到有关方面的关注。由于人类环境意识的逐渐增强，可持续发展的需要， 还有石油资源的有限性，大豆蛋白胶粘剂作为一种环保型胶粘剂，势必会有光明的发展前 景。 1 3 2 无胶胶合的研究现状及发展趋势 国外对于木质材料无胶胶合研究较早，自1 9 3 9 年t i s c h e r 木材表面经化学处理改良其 胶合性的技术取得了美国专利以来，美国、加拿大、日本、俄罗斯、波兰、德国、澳大利 亚等国家相继开展了无胶胶合方法的研究，取得了丰硕的成果。1 9 8 2 年，m o h s 础f 在 不同条件下将气干甘蔗和甘蔗渣芯在密闭模具中热压，使其自行胶合，制得的产品密度大， 类似塑料制品。在模具压力2 5 5 m p a 、温度1 7 5 条件下，制品抗弯强度达1 3 0 n n 1 1 2 ， 吸水率仅1 0 。1 9 8 4 年，o h o t a s 在南非取得专利n 1 | ，专利中叙述了用木质纤维材料制造 无胶人造板的方法。其工艺过程为：将木质纤维材料加工成碎料、纤维或刨花并进行干 燥；将干燥后的碎料铺成板坯；在1 8 0 以上的温度下对板坯热压，使木质碎料中的 糖分和水溶物产生聚合作用形成不溶的聚合物做胶粘剂和增强剂而胶接成板。指出，用这 种方法制造的产品结构致密、表面光滑，具有耐水性能和一定的体积稳定性。1 9 5 5 年， s u c h s l a n d 、w o o d s o n 和m c m i i l i n n 纠通过两种不同制浆方法所制得的“b a u e r ”热磨纤维和 “m a s o n i t e ”热磨纤维，采用湿法和干法成型制造硬质纤维板。在生产过程中未加入任何 增强剂或胶粘剂，完全靠热磨纤维中的自然物质而胶接在一起。“b a u e r ”热磨纤维在强化 的蒸煮条件下制得，破坏了较多的具有胶接能力的木素，因此板子的结合强度较 “m a s o n i t e ”热磨纤维的低。此外，纤维长度对板子的力学强度、线膨胀率和厚度膨胀率 有重要影响。这表明木材纤维中含有一些能够胶接的天然物质。 1 9 9 7 年s h e n k c n 3 1 的“无胶人造板生产”技术获得俄罗斯专利。该方法是用温度为 1 6 0 2 6 0 的高压蒸汽处理木质纤维素，至少使1 0 的半纤维素可以产生热固性胶粘材 料，释放出的半纤维素转换成低分子的水溶树脂。在半纤维素碳化之前停止蒸汽加热，水 溶树脂含有戊糖、己糖、糖聚合物、无水碳水化合物、糖醛和有机酸。水溶树脂能够分离， 经过加热和加压在表面产生胶粘，另一方面干燥含有水溶树脂的木质纤维，使其含水率低 于1 8 ，破碎、铺装成板坯，经热压成复合产品，例如：刨花板、华夫板和中密度纤维板， 以及刨花模压制品均可采用此法生产，无需添加胶粘剂。 国内对于无胶人造板胶合技术的研究，早在2 0 世纪6 0 年代初就开始了，如：1 9 8 5 年 深圳招商无胶人造板新技术有限公司引进了加拿大沈国镇博士的无胶制板专利技术，对于 棉秆、稻壳、甘蔗、亚麻屑及木材无胶生产工艺进行了试验研究。近些年来中国林业科学 院、国家林业局林产工业设计院和江西建材研究院等单位也进行了无胶制板的试验和研究 工作。1 9 8 6 年，蔡祖善等人也初试成功了无胶甘蔗渣碎料板u4 l 。1 9 8 7 年东北林业大学李 坚教授从改善亩木材及木质材料的界面特性出发，加入新型添加剂碳水化合物，在催 化剂和高温高压下试制成功了椴木胶合板，其胶合板达到二级品标准要求5 。7 。同时李坚 教授对无胶湿法中密度纤维板也进行了研究，并于1 9 8 9 年出版了木质材料的界面特性 与无胶胶合技术一书，对无胶人造板的胶接机理进行了全面、系统地分析，并就无胶制 板的有关问题进行了讨论。可见，国内对于无胶胶合的研究技术颇有特色，并在理论研究 和实践上取得了突破性的成果。 综上所述，国内外研究者对于不依赖于合成树脂胶粘剂，而通过表面活性、改性或物 质转换的方法，使木质材料( 或非木质材料) 在催化剂和热压条件胶接成板，即人们习惯 称之为“无胶胶合研究”，已经作了一些实验，开展了创造性地工作，获得了有意义的资 料。但这项工作目前仍处于试验阶段，仍待探索。 4 1 4 课题研究的内容、意义和创新点 1 4 1 课题研究的内容 ( 1 ) 银杏木材主要化学组分含量测定。 ( 2 ) 银杏木材的表面润湿性的研究。 ( 3 ) 初步探讨银杏木材在人造板中的应用。银杏单板用大豆蛋白胶做胶合板工艺及 其性能的研究，对其工艺参数进行试验分析，确定较佳的工艺参数组合。对主要工艺参数 与豆胶胶合板性能的关系进行研究，为实际生产提供理论依据；初步探讨银杏枝丫材和间 伐材做中密度纤维板无胶工艺及其性能的研究，为银杏木材在人造板中的应用提供依据。 1 4 2 课题研究的意义 银杏是珍贵的树种，特别是其药用、保健价值尤为突出，这个方面银杏叶和银杏果均 已做了广泛的研究和利用，但在其木材加工利用方面却涉足不多，特别是随着银杏林的增 多，银杏树每年修剪下来的枝丫材、间伐材和小径材，更是没有得到很好的利用。 国内曾有过关于环保型无胶胶合板的研究，绿色环保型人造板材胶粘剂的合成及应用 研究，利用银杏木材制造绿色、环保型人造板的研究尚处于起步价段但值得探讨。通过本 课题的研究，可以初步确定出环保型银杏木材人造板的制造工艺，为银杏木材在人造板行 业的利用提供理论依据。随着此方面研究的不断深入，银杏木材利用会更广泛，人们也会 着力于发展银杏果材兼用林，使得双方面循环推进。 1 4 3 课题研究的创新点 1 ) 用银杏单板制造环保型胶合板，从而扩宽了银杏速生材的应用范围，充分发挥了银 杏木材对人体有益的价值。 2 ) 用银杏速生林修剪下来的枝丫材和间伐材制造环保型中密度纤维板，使用无胶胶合 的方法，充分发挥了银杏这一珍贵木材的药用价值，而且还可以做环保型的人造板，作为 不仅环保而且还对人身体有益的板材。 2 银杏木材化学成分研究 2 1 银杏木材的化学组分分析 木材是一种天然生长的有机材料，主要有纤维素、半纤维素、木素和木材的抽提物组 成。纤维素是木材抗弯强度特别高的主要原因，而半纤维素和木素起支持骨架的作用，使 木材具有理想的弹性和抗压强度，银杏也是木材中的一种，因此它的组分也是一样。掌握 木材的基本化学组分、特性与木材加工利用是非常必要的“引。 纤维素是木材的主要组分，约占木材重量的5 0 ，半纤维素是细胞壁中与纤维素紧密 联结的物质，起粘结作用，木素是木材组成的第三种高分子物质。低分子物质占木材重量 的一小部分。它包括有机物和无机物，其中有机物为木材抽提物，无机物为灰分。本文同 时选择了目前我国木材工业中常用的速生树种杨木作为对比研究树种。 2 2 化学组分含量的测定 本试验中银杏来自泰州，生长年限1 0 年，采用的是边材和心材的平均值。根据国家 相关标准( g b 2 6 7 卜8 1 ) 进行试验。 2 2 1 冷( 热) 水抽提物的测定 试验材料：银杏木粉、杨木木粉 测定方法是基于用水处理试样，然后将抽提后残渣烘干( 或将抽出液蒸干并烘干) 从而 确定其被抽出物的含量。 ( 一) 取样及处理 将银杏材置入粉碎机中磨至能通过4 0 目筛的细末，过筛，载取能通过4 0 目筛但不能 通过6 0 目筛的部分细末，风干。 ( 二) 测定方法和计算 ( 1 ) 冷水抽出物精确称至2 9 ( 称准至0 0 0 0 1 9 ) 试样( 同时另称取试样测定水分) 于 洁净光滑的纸上，然后将其移入容量5 0 0 m l 锥形瓶中，加入3 0 0 m l 蒸馏水，置入恒温水 浴中，保持温度为2 3 士2 ，加盖放置4 8 h ，并经常摇荡用倾斜法滤经已恒重为1 g 2 玻璃 滤器；蒸馏水洗涤残渣及锥形瓶并将瓶内残渣全部洗入滤器中，继续洗涤至洗液无色后， 再多洗涤2 3 次，吸干滤液，用蒸馏水洗净滤器外部，移入烘箱于1 0 5 士3 0 c ，烘干至恒重。 ( 2 ) 热水物精确精确称取约2 9 ( 称准至o o 0 0 1 9 ) 试样( 同时另称取试样测定水分) 仔细移入容量2 5 0 m l 锥形瓶中，加入2 0 0 m l 蒸馏水，装上冷凝管，置沸水浴中3 h ，并经 常摇荡。倾斜法滤经已恒重为1 g 2 玻璃滤器，用热蒸馏水洗涤残渣及锥形瓶并将瓶内残 渣全部洗入滤器中，继续洗涤至洗液无色后，再多洗涤2 3 次，吸干滤液，用蒸馏水洗 净滤器外部，移入烘箱于1 0 5 士3 l j c ，烘干至恒重。 按下式计算： 6 冷。热，水抽出物：兰兰登一。 2 2 2n a o h 抽提物的测定 实验材料：银杏木粉、杨木木粉、1 氢氧化钠溶液、稀醋酸 测定方法鉴于用1 氢氧化钠溶液处理试样，再经洗涤烘干后，从而确定其被抽出物的含 量。 ( 一) 取样及处理 同冷( 热) 水抽提物的测定相同。 ( 二) 测定方法和计算 精确称取取约2 9 ( 称准至0 0 0 0 1 9 ) 试样放入洁净干燥的容量3 0 0 m l 锥形瓶中，加入 1 0 0 m l 浓度为1 n a o h 溶液，装上回流冷凝管，置沸水浴中加热1 h ，在加热过程中，每 隔1 0 、1 5 、2 5 分钟摇荡一次，等到达规定时间后，取下锥形瓶，静置片刻以便残渣沉积 于瓶底，然后用倾斜法滤经业已恒重为1 g 2 玻璃滤器，利用真空泵吸滤，然后用温水洗涤 残渣及锥形瓶数次，将锥形瓶内残渣全部洗入滤器中，水洗至无碱性后，再用5 0 m l 醋酸 溶液( 1 ：3 ) ，分两三次洗涤残渣，最后用冷水洗涤至无酸j 生反应为止( 用甲基橙指示剂 试之) 。吸出滤液取出滤器，用蒸馏水将滤器外部吹洗洁净，移入烘箱于1 0 5 士3 0 c ，烘干 全恒重。按下式计算： 门一门 1 n a 0 h 抽出物= 兰二生x l o o g 式中：g 一抽提前试样绝干重量，( 克) g 1 抽提后试样绝干重量，( 克) 同时进行两次测定，取其算术平准值作为测定结果。要求准确至小数点后二位。两次 测定计算值间误差不应超过0 4 。 2 2 3 纤维素含量的测定 实验材料：银杏木粉、杨木木粉 2 0 硝酸和8 0 乙醇混合液； 测定方法是基于用2 0 硝酸及8 0 乙醇混合液处理粉碎后的木材原料，使其中所含木素 变为硝化木素，从而溶于乙醇中，剩余残渣过滤后，用水洗涤并烘干，测定其含量。 7 ( 一) 取样与处理 同冷( 热) 水抽提物的测定相同。 ( 二) 测定方法和计算 准确称取1 0 0 0 1 0 5 0 9 试样于洁净平滑的纸上( 同时另取试样测定水分) ，再将其移 入容量为2 5 0 m l 或3 0 0 m l 洁净干燥锥形瓶中，加入2 5 m l 硝酸乙醇混合液，装上回流冷凝 器，置沸水浴上加热l h ，在加热过程中，应随时摇荡锥形瓶，以防止残渣蹦跳，若跳入 冷凝管中应弃去重做。 移去冷凝管，并将锥形瓶子水浴上取下，静置片刻以使残渣沉积于瓶底，然后用倾斜 法滤经业已恒重1 g 2 玻璃滤器，尽量不是残渣流出。利用真空泵将滤器中滤液吸干，再用 玻棒将流入滤器的残渣全部移入原锥形瓶中，量取2 5 m l 硝酸乙醇混合液，分数次将滤器 中及锥形瓶口上附着的残渣，尽量洗回锥形瓶中，装上回流冷凝器，再在沸水浴上加热 1 h ，在加热过程中，应注意不停地摇荡锥形瓶。如此重复进行数次，直至纤维变白为止。 每次过滤，皆用原所用的恒重滤器。 最后将锥形瓶自水浴上取下，过滤，以1 0 m l 硝酸乙醇混合液洗涤残渣及锥形瓶，然 后以热水洗涤，并将残渣全部移入滤器中。继续以热水洗涤，直至洗液用甲基橙试之不呈 酸性反应为止。最后再用乙醇洗涤两次( 每次1 0 m 1 ) 。 吸干洗液取出滤器，用蒸馏水将滤器外部吹洗干净，移入烘箱中，于1 0 5 士3 0 c 烘干至 恒重。按下式计算： 原料纤维素= 锚1 0 0g ，l l o o 一形) 式中：g 一玻璃容器烘干后的重量克； g 1 经烘干后玻璃滤器连同残渣重克； g 2 风干试样重克； w 一试样水分， 2 2 4 综纤维含量的测定 实验材料：脱脂并去除木质素的银杏木粉和杨木木粉 化学纯乙醇、纯苯、纯亚氯酸钠、纯冰醋酸 测试方法：综纤维素食指脱脂植物原料在除去木质素所保留的全部半纤维素及纤维素的总 量。测定方法是在p h 约为4 5 下用亚氯酸钠处理己抽出树脂的试样以除去其中所含有木 质素，从而定量地测定残余量。 ( 一) 样品称取及处理 同冷( 热) 水抽提物的测定相同。 ( 二) 测定方法和计算 精确称取2 9 ( 称准全0 0 0 0 l g ) 试样，用滤纸包好，并用线扎住，放入索氏抽提器中 ( 同时另称取试样测定水分) ，加入苯醇混合液，置沸水浴中抽提6 h ( 控制抽提循环次数 约为每小时4 次) 。将试样取出风干，解开滤纸包移入2 5 0 m l 锥形瓶中，加入6 5 m l 蒸馏 水，1 0 滴冰醋酸及0 6 9 亚氯酸钠，摇匀，在锥形瓶上倒扣一容量2 5 m l 小锥形瓶，1 h 后， r 不必等溶液冷却可加入1 0 滴冰醋酸及0 6 9 业氯酸钠，摇匀继续在7 5 0 c 水浴中加热l h 。 如此重复进行，直至试样变白。 最后将锥形瓶自水浴中取出，放进冰水中冷却。用已恒重的l g 2 玻璃滤器过滤，用冰 冷的蒸馏水反复洗涤至洗液不呈酸性反应为止。最后用丙酮洗涤3 次，吸干洗液，取出滤 器，用蒸馏水将滤器外部吹洗洁净，移入烘箱，于1 0 5 士3 0 c 烘干至恒重。按下式计算： 综纤维素含量= 躺1 0 。 式中：g 一烘干后玻璃滤器中，克； g 1 盛有烘干综纤维的玻璃滤器重，克： g 2 风干试样重，克； w 一试样水分。 同时进行两次测定，取其算术平准值作为测定结果。要求准确至小数点后二位。两次 测定计算值间误差不应超过o 4 。 2 2 5 木质素含量的测定 由于酸溶性木质素的含量很小，因此本试验主要对银杏木材酸不溶性木质素含量的测 定。 实验材料：脱去抽提物的银杏木粉和杨木木粉 7 2 士0 1 硫酸溶液、1 0 氯化钡溶液 测定方法是木材中的碳水化合物在硫酸的作用下水解，溶出，定量的测定其残余物即可测 得酸刁 溶木质素的含量。 ( 一) 样品称取及处理 同冷( 热) 水抽提物的测定相同。 ( 二) 测定方法和计算 精确称取相当于绝干1 9 脱脂木粉( 称准全o 0 0 0 l g ) 放入1 0 0 m l 的烧杯内，( 同时称 取试样测定水分) ，缓慢加入预先冷却至1 0 1 5 0 c 的7 2 的硫酸1 5 m l ，同时使试样全部为 酸所浸渍，样品分散以后用一块表面皿盖在烧杯，将烧杯放入2 0 士1 0 c 的恒温水浴锅里， 在此温度下保温2 h ，在这期间不时搅拌。 到达规定时间后，将烧杯内反应物移入锥形瓶中，用蒸馏水吹洗所用的烧杯，所有洗 液全部倾入锥形瓶中，然后加水稀释全酸的浓度成为3 ，加入蒸馏水量包括吹洗所用的 水在内总体积为5 6 0 m l 。 将1 0 0 0 m 1 锥形瓶装上回流冷凝器，煮沸4 h ，静置以便不溶物沉积下来。用已恒重的 1 g 3 玻璃滤器过滤，再用热蒸馏水洗涤，至洗涤用1 0 b a c l 2 溶液试制小出现混浊为止。 然后用蒸馏水漂洗滤器外部，移入1 0 5 士3 0 c 烘箱中烘干即木素重。按下试计算： 酸不溶木质素= 锚1 0 0 式中：g 一烘干后的玻璃滤器恒重 9 g 1 烘干后玻璃滤器和残渣恒重 g 2 风干式样中( 克) w 一试样水分( ) 同时进行两次测定，取其算术平准值作为测定结果。要求准确至小数点后二位。两次 测定计算值间误差小应超过0 2 。 2 2 6 结果与讨论 银杏木材和杨木的化学组分见表2 1 ： 农2 1 银杏和杨木木材的化学组分 树种含水率抽提物纤维素综纤维素木素 热水 冷水 1 n a 0 h 银杏 9 64 8 52 9 41 5 3 64 2 4 35 2 7 52 9 2 杨木 2 4 71 3 7 1 5 6 04 3 2 46 5 8 51 7 1 2 3 银杏木材的p h 值 木材的p h 值一般泛指木材中水溶性物质的酸性或碱性的程度，通常以木粉的水抽提 物的p h 值表示。根据国标g b 6 4 0 3 8 5 进行测定。 2 3 1 试验材料 银杏木粉：4 0 目 2 3 3p h 值的测定 本试验采用的平行方法 称取试样3 9 置于5 0 m l 烧杯内，加入新煮沸并冷却至室温的蒸馏水3 0 m l ，搅拌5 m i n ， 放置1 5 m i n 后再搅拌5 m i n 测定p h 值，精确至0 0 2 。 2 3 3 结果与讨论 银杏木材的p h 值如表2 1 。 5 3 15 3 l5 3 25 3 15 3 1 3 测定值显示：银杏木材属于弱酸性。 1 0 2 4 小结 1 ) 纤维素在细胞壁中起着骨架的作用，对木材的物理、力学性质和化学性质有着重要的 影响。另外半纤维素在外界条件下易发生变化，对木材的某些性质和加工工艺产生影响。 从表可以看出，银杏木材纤维素和综纤维素含量分别为：4 2 4 3 和5 2 7 5 ，与杨木相似。 2 ) 木质素在细胞壁中起硬固作用。木材组织中含有木质素才有强度。它在高温下还可以 起到粘结的作用。银杏木素的含量为2 9 3 2 ，明显高于杨木( 1 7 1 ) ，银杏木素含量较 高，有利于实现无胶胶合。 3 ) 银杏的热水抽提物含量为4 8 5 ，冷水抽提物含量为2 9 4 ，均明显高于杨木，但 1 n a o h 的抽捉物与杨木相当。 4 ) 木材的p h 值对木材胶合有一定的影响，从试验结果可知银杏的木材的p h 值为5 3 1 3 ， 呈弱酸性。 3 银杏木材表面特性 3 1 表面润湿性 组成木材的主要化学组分是纤维素、半纤维素和木质素，均含极性官能团。在木材内 部，这些极性官能团相互吸引而达到平衡状态。但位于木材表面的分子尚有极性，具有一 定的表面自由能，当与极性胶粘剂、涂料或其它处理溶液相接触时，就能够彼此吸引相互 结合。同时，木材作为天然的多孔性材料，具有巨大的比表面积，便于多种液体的吸着与 传导。因此，木材是一种可润湿性的固体材料。 木材的润湿性，它表征某些液体( 水、胶粘剂、氧化剂、胶粘剂、拒水剂、染色剂、 油漆及各种改性木材的处理液体) 与木材接触时，在其表面上湿润、铺展及粘附的难易程 度和效果。这一性质对界面胶结、表面涂饰和各种改性工艺极为重要。木材表面的润湿性 主要与下列因素有关：木材表面的化学组分，而这一点与树种、木材表面的抽提物重新分 配和木质素的重新排列有直接关系，木材表面化学基团中羟基数量的多少对表面润湿性也 有影响；木材表面的组织结构依据小同的树种和不同的部位而有着差异；木材表面的物理 性质，纤维方向、表面粗糙度和含水率对木材表面的润湿性和渗透性都有影响。 因为，本论文中胶合板采用的是大豆蛋白胶，而大豆蛋白胶呈粘稠状且含有大量的水 分，1 能直接测定它与单板表面的接触角，所以本试验用水近似代替豆胶来研究水与单 板表面润湿性能的大小，另外，为了更好地了解银杏的表面特性本试验还采用了一些其他 的液体。同时选择了目前我国木材工业中常用的速生树种杨木作为对比研究树种。 3 1 - 1 试验材料与方法 试验材料 木材：试验测试银杏、杨木两个树种。其中，杨木、银杏都是旋切单板。单板在工厂 实际生产的干燥工艺下干燥到含水率6 8 。每个树种分别制取9 个顺纹试件( 分为3 组) 。试件尺寸为2 0 m m 5 m m 单板厚。 测试液：本试验中，试件用水、乙醇和正己烷三种测试液进行接触角的测试。测试液 的相关特性能见表3 1 ： 衷3 一l 测试液的相关特性 3 1 2 试验方法 3 1 2 1 接触角的测定 润湿的程度通常以液体对固体表面的接触角表示。本课题采用w i l h e l m y 接触角测定仪 测定木材单板表面地接触角。其工作原理如下： 图3 1w i l h e j m y 吊片法中样品的受力分析 w i l h e l n l v 调片法n 町是测定动态接触角的常用方法，它是利用步进电机将样品反复浸入 水中提取出来的过程，其首例分析如上图3 1 及下式所标示： ，= m + 厂c o s 秒+ 冗+ e 式中：i ，_ 试吊片的周长 r 液体的表面张力 m 是样品的重量 f b - 一是样品所受的浮力 f 。液体对样品施加的粘滞力 经微调使浸水前样品的重量m 为零。由于样品很小，插入水中很浅，因此f b 不在仪 器的感量之内，可忽略不计。实验中档采用的浸入速度较小时，液体对样品施加的f v 很 小，可以将其忽略。于是有： f = 三y c o s 臼 试验中通过测量f 来计算接触角0 。接触角越小，固体容易被液体湿润。 3 1 2 2 表面自由能的计算 从能量的概念出发，润湿性是固体表面张力与固一液界面张力之差。对于固体材料而 言常用表面自由能表示，液体则常用表面张力表示。润湿性的大小因固体表面自由能和液 体表面张力的变化而异。表面自由能是一种能量，即产生1 c m 2 无应力表面时固体所需要 的能量，以e 增c m ? 表示。由于木材是多孔性的极性固体，其表面具有自由能。 w a z i s m a l l 发现许多低能量固体表面的接触角的余弦( c o s 0 ) 和液体的表面张力( 丫l a ) 之间有如下关系式： c o s 口= l + 七o o y “) 式中：y 广临界表面张力 k 为系数 丫l a 为液气表面张力 1 3 当0 = 0 。时，c o s o = 1 ，此时丫c = 丫l a 。由此提出了临界表面张力的概念。w a z i s m a n 认 为，固体的表面自由能与液体的临界表面张力在数值上非常接近，因此，可以通过测量临 界表面张力数值来估算固体的表面自由能。本课题中的表面自由能，由接触角测定仪的电 脑处理系统设定的软件程序，根据三种测试液的表面张力和接触角测试结果直接计算得 到。 3 1 3 结果与讨论 银杏木材和杨木的接触角测定结果见表3 2 表3 2 银杏木材和杨木的接触角 树种试件编号 前进( a d v a n c i n g ) 后退( r e c e d i n g ) f lc o s eof 1 lc o s o0 1 w1 4 8 9 0o 2 0 51 0 1 87 4 3 1 81 0 2 1o 2 w一5 7 3 7 0一o 0 7 99 4 5 27 4 1 1 41 0 1 8o 3 w一6 8 5 3 0一o 0 9 49 5 4 07 3 5 3 51 0 10 1 e3 6 2 9 31 6 2 0o3 9 7 4 11 7 7 4o 银杏 2 e3 8 7 3 91 7 2 9o4 0 8 3 01 8 2 30 3 e3 2 3 0 01 4 4 203 7 4 0 21 6 7 00 1 h2 9 5 2 71 6 4 0o3 0 9 6 81 7 2 0o 2 h3 1 0 0 61 7 2 3o3 1 5 2 91 7 5 20 3 h3 6 2 3 72 0 1 303 6 4 9 32 0 2 7o 1 w一6 7 2 0一0 0 9 2 9 5 3 0 8 5 7 4 1 1 1 7 8o 2 wl o 6 3 2一o 1 4 69 8 4 08 1 4 5 81 1 1 90 3 w一3 5 7 4 0一0 0 4 99 2 8 17 5 1 7 11 0 3 30 1 e5 1 1 4 32 2 8 3o5 2 5 4 52 3 4 60 杨木 2 e5 3 4 1 22 3 8 405 4 6 0 52 4 3 80 3 e4 3 7 5 81 9 5 3o4 5 9 5 92 0 5 20 1 h3 9 3 7 92 1 8 804 0 3 9 62 2 4 40 2 h4 0 6 2 42 2 5 704 0 1 0 42 2 2 80 3 h4 0 9 3 62 2 7 404 0 6 9 02 2 6 10 从上表可以看出，银杏木材在水中的前进接触角平均值为9 7 2 4 0 ，在水中的前进接触角 大于9 0 0 ，后退接触角基本为o o ，说明水对银杏的较差；银杏木材在乙醇中的前进接触角 和后退接触角都为0 0 ，说明乙醇对银杏木材能完全润湿；银杏木材在正己烷中的前进接触 角和后退接触角也都为o o ，说明正己烷对银杏木材也能完全润湿。 杨木在水中的前进接触角平均值为9 5 5 0 ，试件在水中的前进接触角大于9 0 0 ，后退接触 角基本为0 0 ，说明水对杨木的润湿性也较差；杨木在乙醇和正己烷中的前进接触角和后退 接触角均为0 0 ，说明乙醇和正己烷对杨木都能完全润湿。 银杏和杨木表面自由能的计算结果比较见表3 3 ： 1 4 表3 3 银杏和杨木表面自由能的计算结果比较 编号银杏木材表面自由能杨木表面自由能 14 3 6 65 9 8 0 24 6 6 46 0 3 5 34 6 5 85 5 3 2 平均值4 5 6 35 8 4 9 从上表可以看出，杨木的表面自由能略大于银杏木材的表面的自由能。固体表面自由 能的大小影响液体对其润湿性，试验表面由于杨木的表面自由能比银杏的表面自由能高， 因此，对于同种液体，水对杨木的润湿性( 接触角为9 5 ，5 0 ) 要好于水对银杏木材的润湿 性( 接触角为9 7 2 4 0 ) 。 3 2 表面自由基测定 木材是多种高聚物的复合