硅镁凝胶对杉木的强化及固着机制研究

作     者：张源 毕小茜 李萍 李贤军 袁光明 左迎峰 ZHANG Yuan;BI Xiao-qian;LI Ping;LI Xian-jun;YUAN Guang-ming;ZUO Ying-feng

作者机构：中南林业科技大学材料科学与工程学院湖南长沙410004 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2022年第42卷第8期

页      面：2437-2443页

核心收录：

学科分类：07[理学] 0806[工学-冶金工程] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(31770606) 湖湘青年英才支持计划(2019RS2040)资助。 

主　　题：人工林杉木 硅镁凝胶 浸渍改性 流失率 固着机制 

摘      要：硅镁凝胶浸渍改性杉木在物理力学性能方面提升较佳,探究硅镁凝胶在杉木中的固着性能和机制,对后续研究与创新具有一定意义。以硅镁凝胶为改性药剂,人工林杉木为基材,浸渍干燥后制得改性杉木。通过FTIR和XPS分析杉木素材和改性杉木的化学成分和结合方式,并对硅镁凝胶在木材中的分布以及改性杉木的渗透性进行探讨。实验结果表明:硅镁凝胶浸渍改性杉木的物理力学性能得到明显改善,密度均达到0.5 g·cm^(3)以上,抗压强度和抗弯强度相比杉木素材分别提升了99.73%和58.48%,端面硬度从3659 N提升到5843 N,基本已达到中等木材的性能指标。EDS结果证明药剂在杉木细胞腔中填充状况良好,Si,O,Na和Mg等主要元素与浸渍药剂硅镁凝胶相符且分布均匀。对浸洗前后的改性杉木试样和素材分别进行分层XPS测试,改性材的O/C增大,各元素在不同深度的含量十分接近,硅镁凝胶在杉木中分布均匀,具有良好的渗透性;浸洗后Si元素含量稳定,而钠元素有所降低,可能是部分钠盐的溶解流失造成,且不同深度的元素含量变化趋于一致,改性杉木的抗流失性较好。相比于硅酸钠浸渍改性杉木,硅镁凝胶改性杉木在96 h流失率降低到10.8%,抗流失效果较好。FTIR测试结果表明硅酸钠溶液对杉木的木质素和半纤维素有破坏和脱出作用,对杉木的通透性有所改善,且更容易与药剂形成化学键结合。C,O和Si元素的XPS谱图结果表明,改性后C(1s)向低结合能偏移,性质更加稳定,O—H结合大量减少,Si—O结合增多,硅镁凝胶能够在杉木中形成稳定的Si—O—C化学结构,药剂能够在细胞壁上实现高效固着。研究结果为改性材的药剂流失性检测和固着性研究提供新的思路,为硅镁凝胶浸渍改性杉木后续研究提供一定的理论支持。