湿度周期作用下糠醇改性杨木的水分吸着与变形响应机制
发布时间：2023-01-31 10:43
速生木材资源丰富,但材质较差,高值化应用受限。糠醇来源绿色环保且改性效果优良,尤其能提高木材的尺寸稳定性,但以往研究主要是在恒定温湿度的平衡态或静态条件进行,与木材实际加工或使用的温湿度动态变化环境不符,且改性机理尚未明确。为改善速生木材的尺寸稳定性,提高其使用价值,拓宽其应用范围,延长其服务寿命,本研究以速生杨木（Populus euramericana Cv.）为试材,利用糠醇进行改性,探究其在湿度周期作用下的水分吸着与变形响应。在此基础上,通过细胞壁组分不同程度脱除改变其相对含量的方式,重构木材-水分相互作用的物理-化学环境,研究不同组分对木材水分吸着与尺寸变形的影响,并结合扫描电镜、激光共聚焦显微镜、傅里叶红外光谱、固体核磁共振仪、氮气吸附仪、低场核磁共振仪、动态水分吸附仪等方法探究其构效关系,分析糠醇改性机理。主要研究结果总结如下:（1）杨木具有天然多级孔隙结构及丰富的可及羟基,为木材-水分的相互作用提供了一定的物理-化学环境。杨木的动态水分吸着与尺寸变形远小于静态值。半纤维素部分脱除会降低木材的水分吸着与尺寸变形,而木质素脱除作用相反,在木材中木质素相对疏水。（2）糠醇改性...
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 木材的水分吸着与尺寸稳定性
1.2.1 木材中的水分
1.2.2 木材的水分吸着
1.2.3 木材的尺寸稳定性
1.2.4 木材的水分吸着与干缩湿胀的影响因素
1.3 常见木材改性方法
1.4 木材糠醇改性国内外研究现状
1.4.1 木材糠醇改性概述
1.4.2 糠醇改性木材的水分吸着与尺寸稳定性
1.4.3 木材糠醇改性机理
1.5 以往研究的不足及本研究的思路
1.6 研究目标与研究意义
1.6.1 研究目标
1.6.2 研究意义
1.7 论文构成
1.8 研究技术路线
2 杨木的细胞结构与化学组成
2.1 引言
2.2 试验材料
2.3 试验方法
2.3.1 木材微观结构测试
2.3.2 木材孔隙结构测试
2.3.3 木材结晶度测试
2.3.4 木材化学基团测试
2.3.5 杨木的化学成分分析
2.3.6 木材的羟基可及度测试
2.4 结果与讨论
2.4.1 木材微观结构分析
2.4.2 木材孔隙结构分析
2.4.3 木材结晶度分析
2.4.4 木材的化学组成分析
2.5 本章小结
3 杨木的水分吸着与变形响应
3.1 引言
3.2 动、静态条件下木材的水分吸着与变形响应
3.2.1 试验材料
3.2.2 试验方法
3.2.3 总体含水率与尺寸变化趋势分析
3.2.4 振幅与相位滞后分析
3.2.5 吸湿滞后与膨胀滞后分析
3.2.6 木材的静、动态水分吸着示意模型
3.3 半纤维素部分脱除对木材动态水分吸着与变形响应的影响
3.3.1 试验材料
3.3.2 试验方法
3.3.3 木材微观结构与化学组成变化分析
3.3.4 木材孔隙结构变化分析
3.3.5 木材结晶度分析
3.3.6 木材羟基可及度变化分析
3.3.7 总体含水率与尺寸变化趋势
3.3.8 振幅与相位滞后分析
3.3.9 吸湿滞后与膨胀滞后分析
3.3.10 半纤维素部分脱除处理木材的动态水分吸着示意模型
3.4 木质素部分脱除对木材动态水分吸着与变形响应的影响
3.4.1 试验材料
3.4.2 试验方法
3.4.3 木材微观结构与化学组成变化分析
3.4.4 木材孔隙结构变化分析
3.4.5 木材结晶度变化分析
3.4.6 木材羟基可及度变化分析
3.4.7 总体含水率与尺寸变化趋势
3.4.8 振幅与相位滞后分析
3.4.9 吸湿滞后与膨胀滞后分析
3.4.10 木质素部分脱除处理木材的动态水分吸着示意模型
3.5 本章小结
4 糠醇改性杨木的动态水分吸着与变形响应
4.1 引言
4.2 试验材料
4.3 试验方法
4.3.1 试材预处理
4.3.2 糠醇改性
4.3.3 木材微观结构及改性剂分布测试
4.3.4 木材化学组成测试
4.3.5 木材孔隙结构测试
4.3.6 木材结晶度测试
4.3.7 木材的羟基可及度测试
4.3.8 低场核磁共振(LFNMR)测试
4.3.9 动态水分吸着与尺寸变形测试
4.4 结果与讨论
4.4.1 糠醇改性木材的微观结构与化学组成变化分析
4.4.2 糠醇改性木材的孔隙结构变化分析
4.4.3 糠醇改性木材的结晶度分析
4.4.4 糠醇改性木材的羟基可及度分析
4.4.5 LFNMR检测分析糠醇改性木材的水分分布
4.4.6 总体含水率及尺寸变化趋势
4.4.7 振幅与相位滞后分析
4.4.8 吸湿滞后与膨胀滞后分析
4.4.9 糠醇改性木材的动态水分吸着示意模型
4.5 本章小结
5 半纤维素部分脱除对糠醇改性杨木的动态水分吸着与变形响应的影响及机制
5.1 引言
5.2 试验材料
5.3 试验方法
5.3.1 试材预处理
5.3.2 化学成分脱除处理
5.3.3 糠醇改性
5.3.4 木材微观结构及改性剂分布测试
5.3.5 木材化学组成测试
5.3.6 木材孔隙结构测试
5.3.7 木材的羟基可及度测试
5.3.8 低场核磁(LFNMR)测试
5.3.9 动态水分吸着与尺寸变形测试
5.4 结果与讨论
5.4.1 糠醇改性不同程度半纤维素脱除处理木材的细胞微观结构变化
5.4.2 糠醇改性不同程度半纤维素脱除处理木材的孔隙结构变化
5.4.3 糠醇改性不同程度半纤维素脱除处理木材的化学组成变化
5.4.4 糠醇改性不同程度半纤维素脱除处理木材的水分分布
5.4.5 糠醇改性不同程度半纤维素脱除处理木材含水率与尺寸的总体变化
5.4.6 糠醇改性不同程度半纤维素脱除处理木材的振幅与相位滞后
5.4.7 糠醇改性不同程度半纤维素脱除处理木材的吸湿滞后与膨胀滞后
5.4.8 糠醇改性半纤维素部分脱除处理木材的动态水分吸着示意模型
5.5 本章小结
6 木质素部分脱除对糠醇改性杨木的动态水分吸着与变形响应的影响及机制
6.1 引言
6.2 试验材料
6.3 试验方法
6.3.1 试材预处理
6.3.2 化学成分脱除处理
6.3.3 糠醇改性
6.3.4 木材微观结构及改性剂分布测试
6.3.5 木材化学组成测试
6.3.6 木材孔隙结构测试
6.3.7 木材的羟基可及度测试
6.3.8 低场核磁(LFNMR)测试
6.3.9 动态水分吸着与尺寸变形测试
6.4 结果与讨论
6.4.1 糠醇改性不同程度木质素脱除处理木材的细胞微观结构变化
6.4.2 糠醇改性不同程度木质素脱除处理木材的孔隙结构变化
6.4.3 糠醇改性不同程度木质素脱除处理木材的化学组成变化
6.4.4 糠醇改性不同程度木质素脱除处理木材的水分分布
6.4.5 糠醇改性不同程度木质素脱除处理木材含水率与尺寸的总体变化
6.4.6 糠醇改性不同程度木质素脱除处理木材的振幅与相位滞后
6.4.7 糠醇改性不同程度木质素脱除处理木材的吸湿滞后与膨胀滞后
6.4.8 糠醇改性木质素部分脱除处理木材的动态水分吸着示意模型
6.5 本章小结
7 结论与建议
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 建议
参考文献
个人简介
导师简介
获得成果目录清单
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]木质素解聚研究新进展[J]. 陈冰玉,邸明伟. 高分子材料科学与工程. 2019(06)
[2]细胞壁微纤丝角和结晶区对木材物理力学性能影响研究进展[J]. 孙海燕,苏明垒,吕建雄,赵荣军,任海青,王玉荣. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2019(05)
[3]木材细胞壁力学性能与细胞壁组分和构造的相关性研究[J]. 孙海燕,苏明垒,王玉荣. 林产工业. 2018(10)
[4]化学法改良速生木材研究进展[J]. 仇洪波,韩雁明,范东斌,李改云,储富祥. 材料导报. 2018(15)
[5]新理念培育高价值永久性森林[J]. 王挺良. 国土绿化. 2017(09)
[6]生物质木质素分离和结构研究方法进展[J]. 文甲龙,陈天影,孙润仓. 林业工程学报. 2017(05)
[7]脱除部分化学成分杨木的动态水分吸着行为[J]. 周海珍,杨甜甜,马尔妮. 林业科学. 2017(08)
[8]蒙脱土稳定石蜡基Pickering乳液处理材的性能研究[J]. 陈玉,曹金珍. 林业工程学报. 2017(05)
[9]糠醇树脂木材改性技术研究进展[J]. 沈晓双,邹献武,李改云. 木材工业. 2017(03)
[10]辽宁朝阳市2017年度林业有害生物发生趋势预测[J]. 冉亚丽. 中国林业产业. 2017(04)
博士论文
[1]速生杨木细胞壁改性与增强机制[D]. 董友明.北京林业大学 2018
[2]木竹材糠醇树脂改性技术及其机理研究[D]. 李万菊.中国林业科学研究院 2016
[3]木材基和木质纤维素基纳米复合材料研究[D]. 董晓英.东北林业大学 2016
[4]木材乙酰化及其作用机制研究[D]. 柴宇博.中国林业科学研究院 2015
[5]速生杨木原位聚合改性技术及机理的研究[D]. 武国峰.北京林业大学 2012
[6]化学成分对木材细胞壁力学性能影响的研究[D]. 张双燕.中国林业科学研究院 2011
[7]化学处理木材的应力松弛[D]. 谢满华.北京林业大学 2006
硕士论文
[1]糠醇树脂浸渍强化速生杨木材的浸渍工艺及干燥基准研究[D]. 卞雪桐.东北林业大学 2019
本文编号：3733932
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 木材的水分吸着与尺寸稳定性
1.2.1 木材中的水分
1.2.2 木材的水分吸着
1.2.3 木材的尺寸稳定性
1.2.4 木材的水分吸着与干缩湿胀的影响因素
1.3 常见木材改性方法
1.4 木材糠醇改性国内外研究现状
1.4.1 木材糠醇改性概述
1.4.2 糠醇改性木材的水分吸着与尺寸稳定性
1.4.3 木材糠醇改性机理
1.5 以往研究的不足及本研究的思路
1.6 研究目标与研究意义
1.6.1 研究目标
1.6.2 研究意义
1.7 论文构成
1.8 研究技术路线
2 杨木的细胞结构与化学组成
2.1 引言
2.2 试验材料
2.3 试验方法
2.3.1 木材微观结构测试
2.3.2 木材孔隙结构测试
2.3.3 木材结晶度测试
2.3.4 木材化学基团测试
2.3.5 杨木的化学成分分析
2.3.6 木材的羟基可及度测试
2.4 结果与讨论
2.4.1 木材微观结构分析
2.4.2 木材孔隙结构分析
2.4.3 木材结晶度分析
2.4.4 木材的化学组成分析
2.5 本章小结
3 杨木的水分吸着与变形响应
3.1 引言
3.2 动、静态条件下木材的水分吸着与变形响应
3.2.1 试验材料
3.2.2 试验方法
3.2.3 总体含水率与尺寸变化趋势分析
3.2.4 振幅与相位滞后分析
3.2.5 吸湿滞后与膨胀滞后分析
3.2.6 木材的静、动态水分吸着示意模型
3.3 半纤维素部分脱除对木材动态水分吸着与变形响应的影响
3.3.1 试验材料
3.3.2 试验方法
3.3.3 木材微观结构与化学组成变化分析
3.3.4 木材孔隙结构变化分析
3.3.5 木材结晶度分析
3.3.6 木材羟基可及度变化分析
3.3.7 总体含水率与尺寸变化趋势
3.3.8 振幅与相位滞后分析
3.3.9 吸湿滞后与膨胀滞后分析
3.3.10 半纤维素部分脱除处理木材的动态水分吸着示意模型
3.4 木质素部分脱除对木材动态水分吸着与变形响应的影响
3.4.1 试验材料
3.4.2 试验方法
3.4.3 木材微观结构与化学组成变化分析
3.4.4 木材孔隙结构变化分析
3.4.5 木材结晶度变化分析
3.4.6 木材羟基可及度变化分析
3.4.7 总体含水率与尺寸变化趋势
3.4.8 振幅与相位滞后分析
3.4.9 吸湿滞后与膨胀滞后分析
3.4.10 木质素部分脱除处理木材的动态水分吸着示意模型
3.5 本章小结
4 糠醇改性杨木的动态水分吸着与变形响应
4.1 引言
4.2 试验材料
4.3 试验方法
4.3.1 试材预处理
4.3.2 糠醇改性
4.3.3 木材微观结构及改性剂分布测试
4.3.4 木材化学组成测试
4.3.5 木材孔隙结构测试
4.3.6 木材结晶度测试
4.3.7 木材的羟基可及度测试
4.3.8 低场核磁共振(LFNMR)测试
4.3.9 动态水分吸着与尺寸变形测试
4.4 结果与讨论
4.4.1 糠醇改性木材的微观结构与化学组成变化分析
4.4.2 糠醇改性木材的孔隙结构变化分析
4.4.3 糠醇改性木材的结晶度分析
4.4.4 糠醇改性木材的羟基可及度分析
4.4.5 LFNMR检测分析糠醇改性木材的水分分布
4.4.6 总体含水率及尺寸变化趋势
4.4.7 振幅与相位滞后分析
4.4.8 吸湿滞后与膨胀滞后分析
4.4.9 糠醇改性木材的动态水分吸着示意模型
4.5 本章小结
5 半纤维素部分脱除对糠醇改性杨木的动态水分吸着与变形响应的影响及机制
5.1 引言
5.2 试验材料
5.3 试验方法
5.3.1 试材预处理
5.3.2 化学成分脱除处理
5.3.3 糠醇改性
5.3.4 木材微观结构及改性剂分布测试
5.3.5 木材化学组成测试
5.3.6 木材孔隙结构测试
5.3.7 木材的羟基可及度测试
5.3.8 低场核磁(LFNMR)测试
5.3.9 动态水分吸着与尺寸变形测试
5.4 结果与讨论
5.4.1 糠醇改性不同程度半纤维素脱除处理木材的细胞微观结构变化
5.4.2 糠醇改性不同程度半纤维素脱除处理木材的孔隙结构变化
5.4.3 糠醇改性不同程度半纤维素脱除处理木材的化学组成变化
5.4.4 糠醇改性不同程度半纤维素脱除处理木材的水分分布
5.4.5 糠醇改性不同程度半纤维素脱除处理木材含水率与尺寸的总体变化
5.4.6 糠醇改性不同程度半纤维素脱除处理木材的振幅与相位滞后
5.4.7 糠醇改性不同程度半纤维素脱除处理木材的吸湿滞后与膨胀滞后
5.4.8 糠醇改性半纤维素部分脱除处理木材的动态水分吸着示意模型
5.5 本章小结
6 木质素部分脱除对糠醇改性杨木的动态水分吸着与变形响应的影响及机制
6.1 引言
6.2 试验材料
6.3 试验方法
6.3.1 试材预处理
6.3.2 化学成分脱除处理
6.3.3 糠醇改性
6.3.4 木材微观结构及改性剂分布测试
6.3.5 木材化学组成测试
6.3.6 木材孔隙结构测试
6.3.7 木材的羟基可及度测试
6.3.8 低场核磁(LFNMR)测试
6.3.9 动态水分吸着与尺寸变形测试
6.4 结果与讨论
6.4.1 糠醇改性不同程度木质素脱除处理木材的细胞微观结构变化
6.4.2 糠醇改性不同程度木质素脱除处理木材的孔隙结构变化
6.4.3 糠醇改性不同程度木质素脱除处理木材的化学组成变化
6.4.4 糠醇改性不同程度木质素脱除处理木材的水分分布
6.4.5 糠醇改性不同程度木质素脱除处理木材含水率与尺寸的总体变化
6.4.6 糠醇改性不同程度木质素脱除处理木材的振幅与相位滞后
6.4.7 糠醇改性不同程度木质素脱除处理木材的吸湿滞后与膨胀滞后
6.4.8 糠醇改性木质素部分脱除处理木材的动态水分吸着示意模型
6.5 本章小结
7 结论与建议
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 建议
参考文献
个人简介
导师简介
获得成果目录清单
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]木质素解聚研究新进展[J]. 陈冰玉,邸明伟. 高分子材料科学与工程. 2019(06)
[2]细胞壁微纤丝角和结晶区对木材物理力学性能影响研究进展[J]. 孙海燕,苏明垒,吕建雄,赵荣军,任海青,王玉荣. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2019(05)
[3]木材细胞壁力学性能与细胞壁组分和构造的相关性研究[J]. 孙海燕,苏明垒,王玉荣. 林产工业. 2018(10)
[4]化学法改良速生木材研究进展[J]. 仇洪波,韩雁明,范东斌,李改云,储富祥. 材料导报. 2018(15)
[5]新理念培育高价值永久性森林[J]. 王挺良. 国土绿化. 2017(09)
[6]生物质木质素分离和结构研究方法进展[J]. 文甲龙,陈天影,孙润仓. 林业工程学报. 2017(05)
[7]脱除部分化学成分杨木的动态水分吸着行为[J]. 周海珍,杨甜甜,马尔妮. 林业科学. 2017(08)
[8]蒙脱土稳定石蜡基Pickering乳液处理材的性能研究[J]. 陈玉,曹金珍. 林业工程学报. 2017(05)
[9]糠醇树脂木材改性技术研究进展[J]. 沈晓双,邹献武,李改云. 木材工业. 2017(03)
[10]辽宁朝阳市2017年度林业有害生物发生趋势预测[J]. 冉亚丽. 中国林业产业. 2017(04)
博士论文
[1]速生杨木细胞壁改性与增强机制[D]. 董友明.北京林业大学 2018
[2]木竹材糠醇树脂改性技术及其机理研究[D]. 李万菊.中国林业科学研究院 2016
[3]木材基和木质纤维素基纳米复合材料研究[D]. 董晓英.东北林业大学 2016
[4]木材乙酰化及其作用机制研究[D]. 柴宇博.中国林业科学研究院 2015
[5]速生杨木原位聚合改性技术及机理的研究[D]. 武国峰.北京林业大学 2012
[6]化学成分对木材细胞壁力学性能影响的研究[D]. 张双燕.中国林业科学研究院 2011
[7]化学处理木材的应力松弛[D]. 谢满华.北京林业大学 2006
硕士论文
[1]糠醇树脂浸渍强化速生杨木材的浸渍工艺及干燥基准研究[D]. 卞雪桐.东北林业大学 2019
本文编号：3733932
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