水溶性乙烯基单体改性木材尺寸稳定性提高机制

作     者：郭登康 沈晓双 杨昇 黄耀葛 李改云 储富祥 Guo Dengkang;Shen Xiaoshuang;Yang Sheng;Huang Yaoge;Li Gaiyun;Chu Fuxiang

作者机构：中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091 

出 版 物：《林业科学》 (Scientia Silvae Sinicae)

年 卷 期：2021年第57卷第7期

页      面：158-165页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 082902[工学-木材科学与技术] 0907[农学-林学] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 0901[农学-作物学] 0902[农学-园艺学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2017YFD0600203)。 

主　　题：乙烯基单体 尺寸稳定性 极性基团 细胞壁结构 

摘      要：【目的】分析水溶性乙烯基单体改性前后木材极性基团数量和细胞壁结构变化,揭示水溶性甲基丙烯酸-2-羟乙酯(HEMA)和N-羟甲基丙烯酰胺(NMA)原位共聚改性木材尺寸稳定性提高机制,为该改性技术优化发展提供理论基础。【方法】采用动态水蒸气吸附和接触角表征水溶性乙烯基单体改性前后木材极性基团数量和表面极性变化,利用扫描电镜、拉曼光谱、X射线衍射、压汞法和氮气吸附系统研究改性剂在木材中的分布、细胞壁润胀、细胞壁两相结构以及孔隙变化情况。【结果】在相对湿度0%~95%环境下,HEMA和NMA改性材的平衡含水率明显低于未改性材;当相对湿度达95%及以上时,改性材的平衡含水率超过未改性材。利用H-H模型拟合分析浸水处理后改性材与未改性材的吸湿曲线发现,改性材原有极性基团数量有所下降但并不显著。接触角测试表明,改性材的表面极性大于未改性材,残留单体去除后改性材的表面极性弱于未改性材,残留单体可抑制木材疏水性能的改善。SEM观察结果显示,改性后细胞壁显著增厚,且细胞间隙减少。拉曼光谱分析得出,改性剂均匀分布于细胞壁中,结合SEM结果可知改性剂能够顺利进入细胞壁并润胀细胞壁。X射线衍射分析表明,改性材未出现新的晶体结构,且改性材的结晶度相对于未改性材变化较小。压汞法和氮气吸附测试表明,改性材的孔隙率相对于未改性材出现较显著下降,改性剂可成功填充细胞壁孔隙。【结论】HEMA和NMA改性木材可有效提高其尺寸稳定性,改性剂对细胞壁的充分润胀、加固及对细胞壁孔隙的填充作用是木材尺寸稳定性提高的主要原因。