MUF树脂浸渍杨木干燥过程中水分迁移和树脂固化特性研究

发布时间：2018-01-24 00:04

  本文关键词： 杨木 低分子量树脂浸渍 浸渍材干燥 固化温度 物理力学性能　出处：《中国林业科学研究院》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：低分子量树脂浸渍改性是提高速生材物理力学性能的有效手段。然而,树脂浸渍改变了“木材-水分”体系和木材孔隙结构,造成浸渍材干燥过程中水分迁移减慢,并且干燥后树脂难以完全固化,限制了其推广应用。本文以低分子量三聚氰胺改性脲醛树脂(MUF)浸渍杨木为研究对象,探讨了不同干燥前预处理及干燥方式对浸渍材内部树脂溶液的影响;重点研究了干燥过程中树脂对水分以及水分迁移、水分对树脂固化的影响规律,并阐明了干燥过程中水分迁移和树脂固化的相互关系;揭示了干燥后固化温度对浸渍材物理力学性能的影响机理。研究结果对于树脂浸渍材干燥基准的优化和树脂改性技术的推广应用具有重要理论价值和现实意义。论文的主要结论如下:1.干燥前预处理及干燥方式影响浸渍材内部树脂溶液中的水分迁移和树脂相态变化进程,进而导致树脂在木材内的含量和空间分布有所差别,表现出不同的改性效果。相同干燥方式下,置于高湿度环境或树脂溶液中的预处理比气干预处理更有利于树脂扩散至木材细胞壁中,从而获得更高的细胞壁容胀率和吸水抗胀率;相同预处理后,湿干燥比直接干燥更有利于树脂进一步扩散到木材细胞壁中并在木材内部良好固着,从而获得更高的增重率、细胞壁容胀率以及吸水抗胀率。2.MUF树脂浸渍处理并未改变试样横向弛豫时间(T2)谱中的峰个数和峰归属,但延长了含水率在纤维饱和点以上时木射线和木纤维内自由水的T2值,缩短了含水率在纤维饱和点以下时结合水的T2值。T2谱中的3个峰从左至右分别对应结合水(峰I)、木射线和木纤维中内的自由水(峰II)以及导管内的自由水(峰III)。含水率在纤维饱和点以上时,生材试样峰II对应的T2为58.05 ms,饱水材试样峰II左移至45.53 ms,MUF树脂浸渍材试样峰II右移至80.26 ms。含水率在纤维饱和点以下时,生材、饱水材以及MUF树脂浸渍材试样的峰I都不断左移,但低含水率阶段时浸渍材左移更明显,T2更短。3.MUF树脂浸渍处理降低了干燥过程中自由水和结合水的迁移速率,并形成了更明显的含水率梯度。含水率在纤维饱和点以上时,MUF树脂浸渍材试样导管内自由水以及木射线和木纤维内自由水的平均干燥速率明显降低,分别为6.0%/天和7.5%/天,约为饱水材试样对应细胞内自由水平均干燥速率的一半。含水率在纤维饱和点以下时,结合水扩散速率明显减慢。整个干燥过程中,相比于生材试样和饱水材试样,MUF树脂浸渍材试样芯层中的水分向外迁移受阻,含水率梯度更为明显。4.MUF树脂浸渍材干燥过程中,内部水分散失始终伴随着树脂不断缩聚固化。其在动态粘弹性能时间谱中表现为:干燥开始后,MUF树脂浸渍材相对储存模量先快速增加并达到峰值,然后小幅增加并趋于平衡;相对损耗模量先快速增加并达到峰值,形成一个明显的力学损耗峰,此后逐步降低并趋于稳定。5.低场核磁共振(LF-NMR)和动态热机械分析(DMA)表明,干燥过程中水分迁移和蒸发始终伴随着浸渍材内树脂的相态变化并相互影响。含水率在纤维饱和点以上时,自由水起到稀释剂和能量壁垒作用,延缓树脂的缩聚,而自由水的迁移和蒸发有助于树脂缩聚固化。另一方面,树脂不断缩聚引起的相态变化对大毛细管和微毛细管系统的堵塞、对水分吸着点的覆盖又降低了自由水和结合水的迁移速率。两者的相互影响在木材不同层位中的表现有所不同,芯层中水分迁移和树脂相态变化进程受到表层中水分迁移和树脂相态变化的牵制和影响。6.干燥结束后,树脂多以半球形凸起或者球形颗粒附着于导管和木纤维细胞腔内壁上,对导管径/弦面壁及其上面的纹孔膜有较大程度的覆盖,在木纤维内的分布相对较少,零散的分布于细胞腔内壁上,而对木射线细胞腔有较为明显的填充。其中,导管中树脂颗粒直径或者半球形凸起的最高高度基本不超过5μm,木纤维内树脂颗粒直径或者半球形凸起的最高高度基本不超过2μm。7.干燥后固化温度影响MUF树脂浸渍材的水蒸汽吸附性能,并对各项力学性能有显著影响(α=0.01)。60°C、80°C、100°C、120°C、140°C温度固化处理后,MUF树脂浸渍试样在95%相对湿度下的吸湿平衡含水率分别为30.03%、20.47%、14.94%、14.49%、~(13).99%,100°C处理的素材试样的吸湿平衡含水率为21.21%;随着固化处理温度升高,MUF树脂浸渍试样的抗弯强度和抗弯弹性模量表现出先升高后降低的趋势,端面硬度逐渐增加,径面硬度呈波动变化,弦面硬度先增加后降低。FTIR与~(13)C CP/MAS NMR分析证明,固化温度越高,树脂中羟甲基含量越少、氨基上活性氢被取代的越多,表明活性基团之间的脱水缩聚越完全,导致树脂的交联程度变高、内聚强度增大、吸湿性基团减少。
[Abstract]:Low molecular weight resin impregnation modification is an effective way to improve the fast-growing wood physical and mechanical properties. However, the change of resin impregnated wood water system and wood pore structure, resulting in slow moisture migration of impregnated wood drying process, after drying and curing resin is difficult to complete, the application was limited. In this paper, low molecular weight the amount of melamine modified urea formaldehyde resin (MUF) impregnated poplar as the research object, discusses the effects of different drying pretreatment and drying methods on the impregnation material within the resin solution; focus on the resin drying process on the migration of water and moisture, influence of moisture content on the curing of the resin, and clarifies the relationship between drying in the process of moisture transfer and resin curing mechanism; effect of curing temperature on the physical and mechanical properties of the impregnated wood after drying was revealed. The results for the resin impregnated wood drying schedule and optimization Has an important theoretical value and practical significance to promote the application of resin modified technology. The main conclusions of this paper are as follows: the phase change process of water transfer 1. drying pretreatment and the drying effect of impregnation material within the resin solution and resin, which resin in wood. The content and spatial distribution difference, showing sex the effect of different drying methods. The same, placed in a high humidity environment or resin solution pretreatment than gas intervention was more beneficial to the resin spread to the wood cell wall, so as to obtain higher cell wall volume expansion ratio and water absorption rate of anti swelling; the same after pretreatment, wet drying is more conducive to resin to the further spread of the wood cell wall and good fixation in wood, resulting in higher growth rate, inflation rate and water absorption capacity of cell wall anti swelling rate of.2.MUF resin impregnation treatment did not change the sample 妯�鍚戝紱璞�鏃堕棿(T2)璋变腑鐨勫嘲涓�鏁板拰宄板綊灞�,浣嗗欢闀夸簡鍚�姘寸巼鍦ㄧ氦缁撮ケ鍜岀偣浠ヤ笂鏃舵湪灏勭嚎鍜屾湪绾ょ淮鍐呰嚜鐢辨按鐨凾2鍊，

本文编号：1458598