阴沉化防腐木材的制备及性能研究

发布时间：2020-07-18 14:50

【摘要】：阴沉木作为一种极其珍贵的木材资源,在自然界中具有极高的科学、文化价值,被誉为“植物界的木乃伊”。其芳香致密、色彩光鲜、经久耐腐。本论文通过对阴沉木形成和变化原因的思考,模拟形成的微生态环境,对速生林木材进行处理,进而制备一种绿色、优质的新型防腐木材——阴沉化防腐木材。本研究首先对楠木阴沉木与速生林木材(杨木、杉木)的性能进行对比,分析阴沉木较速生林木材的主要性能及化学成分差异,然后基于纳米物质与植物源提取物合成的基质土壤在一定温度、时间真空条件下对木材作用,制备阴沉化防腐木材,再对该防腐木材的耐腐性能进行分析、评价,最终通过扫描电镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDX)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)等设备分析阴沉化防腐木材的微观结构、化学结构、元素的变化,阐述阴沉化防腐木的防腐机理。以下为本试验所获得的主要结论:1.本研究通过对楠木阴沉木、北京杨、杉木三种木材进行了密度、耐腐性能及微观结构、化学表征分析,结果表明楠木阴沉木与北京杨、杉木的密度相比较大,同周期耐腐测试后,其耐腐性能较好,楠木阴沉木的细胞管壁内含晶状物较多,半纤维素存在部分降解,结晶度较高,其内部含有丰富的方解石型碳酸钙,较速生林相比其钙的含量极高。2.本研究通过单因素试验设计、正交试验设计对合成基质土壤中纳米碳酸钙、桐油与土壤的分别配比、处理温度、处理时间的调控,制备阴沉化防腐木材。结果表明:阴沉化防腐处理可显著提升木材的增重率、密度及耐腐性能,在正交设计中的阴沉化防腐处理木材均达到II级耐腐等级以上,经验证,纳米碳酸钙的添加量为25g,桐油的添加量为300g,处理温度为175℃,处理时间为7h,阴沉化防腐木材的增重率达到最大为140.61%,密度达到最大为1.024g/cm~3,失重率达到最低为4.95%,较未处理素材防腐性能提升了89.77%,耐腐等级为I级强耐腐等级。3.本研究通过扫描电镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDX)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)等设备对阴沉化防腐木材与未处理木材进行了对比检测分析,探究防腐机理及化学变化。结果表明,使用混合土壤包覆进行阴沉化防腐处理后,桐油与纳米碳酸钙可以有效地进入了木材内部,并与木材发生了紧密的化学结合,处理材微量元素的含量会有所改变,这些物质可以在木材的导管上均匀分布,同时,细胞壁内壁由于桐油渗入形成的高聚物变得极为光滑,使得木材的特征峰官能团有所改变,最后,处理材的非结晶区有所改变,峰间距变宽,出现方解石型碳酸钙结晶峰。
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S782.33
【图文】：

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图 1 技术路线Fig.1 Technical route1.5 论文创新点本研究对比了楠木阴沉木与速生杨木、杉木之间的耐腐性能、微观结构、化成分等方面差异，通过对阴沉木成因的了解及其对木材性能的影响，首次提出了沉化防腐木材的概念。本研究采用纳米物质与植物源提取物合成基质土壤包覆，一定温度、时间和真空条件下对木材进行处理，制备阴沉化防腐木材，同时通过观结构，化学元素、结构的变化分析，探究阴沉化防腐木材的防腐机理，为阴沉防腐木材在未来木材防腐行业领域的应用提供理论、技术支撑。

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a.楠木阴沉木 b.北京杨 c.杉木图 2 白腐菌对不同木材试样的腐朽情况（12 周）Fig.2 Decay state of different wood samples by white rot fungus（12 weeks）表 2 木材室内耐腐试验结果（12 周）Table.2 The results of laboratory decay resistance test of wood（12 weeks）树种质量损失率（%）楠木阴沉木 14.13北京杨 41.5杉木 25.56从图 2 中也可以清晰的看出，三组试样的菌丝生长状态良好，但楠木阴沉木表面菌丝覆盖较少，而北京杨和杉木表面覆盖厚重的菌丝。从表 2 的数据中，可以看进一步发现三种木材的在 12 周后的失重率分别为：楠木阴沉木失重率 14.13%；北京杨失重率 41.5%；杉木失重率 25.56%。因此，可以明显地发现楠木阴沉木的耐腐

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i.杉木横切面 j.杉木径切面图 3 不同木材的 SEM 图Fig.3 The SEM images of different wood samples对于楠木阴沉木、北京杨、杉木的微观电镜分析主要选取能够清楚反应木材微观特征的横切面和径切面，图 3a－图 3b，分别为楠木阴沉木的横切面 SEM 图和径切面 SEM 图，图 3c，图 3d，分别为径切面局部 SEM 图，由图中可以看出楠木阴沉木其导管较为清晰，横切面的管孔呈现卵圆形或者是圆形，导管的径切面内壁可以看到有很多胶状的物质，堵塞导管，将其局部放大，在图 3c 中我们可以看到木材导管内壁上会有颗粒状的球型物质和簇状的堆积物，其可能是部分矿物质颗粒或精油长时间形成的晶状物以及部分淀粉颗粒，在图 3d 中可以更加清晰地看出部分径切面导管内壁上附着的胶状物质，其主要可能是木材内含物、抽提物、树胶等较多，由于楠木现代木的内部也会有部分树胶类物质的存在，所以这些物质随着漫长的埋藏及周围环境的变化可能会逐步凝结形成固态状物质。这些矿物质、晶状物、固体物可以堵塞阴沉木的导管，使得木材可以长时间的存放，内部水分不宜散失，保有

【参考文献】