竹材的表面润湿性.ppt

竹材的表面润湿性 竹材资源的现状 优点 1 竹子是一种繁殖再生能力非常强的生物质资源 是陆地森林生态系统的重要组成部分 具有一次性成林 长期利用 成材周期短 产量高 用途广 效益好 速生丰产 再生能力强等特点 2 竹子具有的高强度 好韧性 大硬度等特点 使之成为工程结构材料的理想原料 3 竹子生长快 成材早 并切枝叶繁茂 根系发达 具有调节大自然气候 涵养水源 防止水土流失 防风固沙 防冲减灾 调节气候 净化空气 减少噪音等功能 缺点 1 竹材渗透性差 颜色单一 胶合性能弱 且表面易于霉变等缺点 制约了竹材的加工利用 总结 世界森林资源越来越短缺 但竹材却未得到充分利用 如果可以充分发掘和利用竹材本身的界面特性 达到竹材高效利用的目的 为竹木复合 竹木胶合等竹材工业化生产利用提供科学的理论依据 我们应该以竹代木 以竹胜木 以竹代钢 合理利用竹材 缓解建筑材料 纤维材料短缺的形势 这将会对我国的生态环境起着重要的保护作用 研究的主要内容 毛竹材表面润湿性1 本研究从毛竹材的幼龄阶段开始 对不同发育阶段的毛竹材表面润湿性变化进行分析 2 比较不同液体在4年生和6年生毛竹材表面的润湿程度 3 同时 研究热处理对4年生毛竹材表面润湿性的影响 毛竹材表面润湿性 润湿性是指液体在固体表面的扩散 竹材的润湿性所表征的是液体 水 胶粘剂 拒水剂 油漆涂料及各种改性竹材的处理溶液等 与竹材接触时 液体在竹材表面润湿 铺展及粘附的难易程度和效果 竹材的表面性是一种重要的界面特性 也是衡量竹材胶合性能的重要指标 通常 竹材润湿性的高低以液滴在竹材表面上形成的接触角 或接触角的余弦 cos 的大小来表征 在固 液 气三相的交界处做液体表面的切线与固体表面的切线 两切线通过液体内部所形成的夹角 即称为接触角 当0o 90o 0 cos 1时 液体在竹材表面上形成扁平状 表示液体能部分润湿竹材 当 0o时 表示液体能全部润湿竹材 90o cos 0时 液滴在竹材表面上形成滚珠状 表示液体不能润湿竹材 接触角是表示木材润湿性最直观的参数 本章用接触角的大小表示液体在竹材表面的润湿程度 由于竹材表面润湿性对界面胶结 表面涂饰和各种改性处理工艺竹材的工业化表面润湿性的影响有重要意义 故我们利用接触角对毛竹材润湿性进行研究 试验准备 试验材料 选取立地条件基本相同 具有代表性的4个月生 1年生 2年生 4年生 6年生 8年生 10年生毛竹 8年生和10年生竹材分别采集4株 其余5个竹龄均选取17株 为了使不同竹龄毛竹的表面性质之间具有可比性 所选用的毛竹材胸径大致相近 均在10cm左右 整根竹材齐地砍伐 取8m以下部位 每株在1 5m 3 5m 5 5m 7 5m整节处截断 分别作为基部 下 中 上几个部位的试材 一年以内的嫩竹不按上中下分段 编号运回 并气干待用 试样制备 不同竹龄的竹材试样均选取竹肉部分 依据规定的方法进行制作试件 试件尺寸加工成50mm 20mm 2mm 轴向 弦向 径向 其中6年生竹材试件27个 其余5个竹龄的试件个数均为9个 试验准备 试验试剂 蒸馏水实验室制备 二碘甲烷 分析纯 凝固点5 6 分子量267 84 甲酰胺 分析纯 含量 99 0 比重1 131 1 134 凝固点 2 注释 1 由于竹材结构不均匀 竹壁外层是一层组织致密 质地坚硬 表面光滑的竹青 竹青上附有一层蜡质 因此水和胶粘剂的润湿性较差 竹壁内侧为竹黄 其组织疏松 脆弱 竹青和竹黄之间部分的竹肉是竹材加工利用的主要部分 2 试验通常用的三种液体为蒸馏水 甲酰胺和二碘甲烷 其中蒸馏水和甲酰胺为极性液体 前者呈酸性特征 后者为碱性液体 二碘甲烷为非极性液体 试验方法 蒸汽介质热处理本章采用蒸汽介质热处理工艺 这种处理方法是改善竹材颜色 耐久性和润湿性能的有效方法之一 是一种环境友好型工艺 热处理过程经历了先升高再保温最后再降温的五个过程 如图2 1所示 接触角的测定 本试验采用直接测量法中的液滴法 即用照相机照相和计算机自动处理 计算竹材表面的接触角 利用CA W型全自动接触角测定仪对试件进行测定 每滴完1滴液体后 样品台自动移动至下一个点进行测试 每个试件上测试5个点的接触角 计数为液滴与固体表面接触0秒的接触角值 这是形成液滴的初期 被认为处于热动力学稳定状态 测定之前先对所有试件进行恒温恒湿 20 65 的条件 7天 将其含水率调整约至12 蒸馏水用于测定不同竹龄竹材的接触角 分别用蒸馏水 甲酰胺和二碘甲烷测定4年生和6年生竹材的接触角 不同竹龄毛竹材表面润湿性变化 不同液体在热处理竹材表面的接触角 不同液体在竹材表面的接触角 热处理对毛竹材表面润湿性的影响 由图3 4可看出 处理温度为180 时 竹材表面接触角随热处理时间的延长而增大 在热处理过程中 竹材主要化学组分 纤维素 半纤维素和木质素受热后以不同的方式降解 纤维素和木质素比半纤维素降解慢 并需要较高的温度 这个结果是由于热处理温度在200 以下 竹材的化学组分含量变化趋势较平缓 半纤维首先发生热降解 随着时间的延长 半纤维素和纤维素热降解反应加剧 使得竹材表面的羟基含量减少 液体在竹材表面的接触角增大 表面润湿性减弱 在20 以下 半纤维热降解较纤维素活跃 热处理对毛竹材表面润湿性的影响 由图3 5可看出 热处理温度为220 时 竹材表面接触角随着时间的延长减小 在200 以上 纤维素和木质素降解加速 半纤维素 纤维素和木质素的相对含量变化均有了明显的变化 因为在220 1h时热处理竹材细胞壁化学组分发生热降解反应最剧烈 220 3h时的热处理竹材的吸收强度减弱 表明竹材的半纤维素 木质素的热降解反应减弱 引起液体在竹材表的接触角减小 润湿性增强 热处理对毛竹材表面润湿性的影响 热处理对毛竹材表面润湿性的影响 从图3 6 3 7得出 热处理时间为1h时 竹材表面接触角随热处理温度的升高而增大 而处理时间为3h时 甲酰胺在其表面的接触角随温度的升高而增大 而蒸馏水和二碘甲烷在竹材表面的接触角却随处理温度的升高而减小 结合表3 2可知 热处理温度相对于热处理时间对热处理竹材表面接触角的影响较显著 因此 热处理时间为1h时 220 时的热处理材的接触角比180 时的热处理竹材的接触角大 润湿性减弱 处理时间为3h时 随着热处理温度的升高 纤维素降解加速 抽提物更易降解 在热处理过程中从竹材中挥发出去 竹材表面抽提物减少 导致液体在竹材表面的接触角减小 润湿性增大 试验结论 1 水在不同竹龄毛竹材表面的接触角不同 从4个月到10年生 4个月竹材表面接触角较大 仅低于4年生竹材 1年生最小 表明1年生竹材润湿性最好 2年生竹材润湿性较好 4个月竹材润湿性较弱 4年生竹材润湿性最弱 2 不同种类液体的表面极性 表面张力 固体含量 粘度等不同 使得液体在竹材表面的润湿程度不一样 3种润湿液体在热处理竹材和未处理竹材表面的接触角大小均