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A Potential Criterion to Evaluate Copper Adsorption in Wood Cell Wall

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Forestry Studies in China 2003年第2期5卷 41-46页

作者： jinzhen cao Donatien PKamdem Department of Forestry Michigan State University126 Natural Resources East LansingMIU.S.A.48824-1222

A geometrical definition, fractal dimension, was introduced in this study to evaluate copper adsorption in wood treated with copper-containing preservatives. It is based on the assumption that some copper would compete the hydroxyl groups in wood cell wall with water molecules, and therefore influence the fractal dimension of internal wood surfaces revealed by the moisture adsorption in wood. Southern yellow pine (Pinus spp.) specimens were treated with different concentrations of copper ethanolamine (Cu-EA) solution to obtain different copper retention levels. Then the adsorption isotherms of untreated and Cu-EA treated specimens were determined at 4, 15, 30, and 40 ℃ to provide the source data for fractal dimension calculation. The results showed that, at all temperatures, the fractal dimension of the internal wood surfaces had a decreasing trend with increasing copper retention. That is, the internal spaces in wood become 搕hinner?due to the copper adsorption on some hydroxyl groups in wood cell wall. The correlation between the fractal dimension and adsorbed copper ions makes it possible to evaluate the copper adsorption in wood cell wall.

关键词： wood preservative fractal dimension copper adsorption adsorption isotherms hydroxyl groups

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木材保护剂分散体系及其液体渗透性研究概述

林业工程学报 2019年第3期4卷 1-9页

作者：曹金珍北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

木材保护是节约木材资源、提高木材使用质量的重要手段。为了实现长期、高效的木材保护,通常需要对木材进行整体浸渍处理,即通过木材的多孔结构将包含有效成分的木材保护剂分散体系引入木材内部。随着技术的发展,出现了各种不同类型的... 详细信息

木材保护是节约木材资源、提高木材使用质量的重要手段。为了实现长期、高效的木材保护,通常需要对木材进行整体浸渍处理,即通过木材的多孔结构将包含有效成分的木材保护剂分散体系引入木材内部。随着技术的发展,出现了各种不同类型的木材保护剂分散体系,笔者介绍了其分类以及各类型的定义和基本特性,在此基础上分别对溶液、微乳液、乳浊液、溶胶、悬浊液型木材保护剂分散体系在木材中的液体渗透性方面研究进行了概述。对于水溶型木材保护剂而言,木材构造、木材抽提物及处理药剂的性质是影响其液体渗透性的主要因素;油溶型木材保护剂的液体渗透性在很大程度上取决于其溶剂的性质,轻油溶剂比重油溶剂的渗透性更优;乳浊液的液滴粒径与木材纹孔膜上孔隙尺寸相当,因此其渗透性与液滴粒径、树种密切相关;微乳液比乳浊液更易渗透,甚至可部分进入木材细胞壁;溶胶形成胶体粒子后在木材内的渗透与木材构造、胶体粒子粒径及p H等相关;悬浊液型木材保护剂由于粒径较大,在木材内的渗透性不佳,分布也不均匀。分析了该领域现有研究的不足,提出应系统、深入地开展研究,在此基础上改善分散体系在木材中的液体渗透性,并为木材保护分散体系的开发提供指导。

关键词：木材保护木材保护剂分散体系液体渗透性粒径

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国外木材防腐技术和研究现状

林业科学 2006年第7期42卷 120-126页

作者：曹金珍北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

从木材防腐剂、防腐处理工艺、改性处理及环境特性等几个方面对国外的木材防腐技术及研究现状进行较为系统、全面的介绍,并在此基础上指出木材防腐研究的几个主要方向。木材防腐剂的发展趋势是近期以水载防腐剂为主导,以开发综合性能优... 详细信息

从木材防腐剂、防腐处理工艺、改性处理及环境特性等几个方面对国外的木材防腐技术及研究现状进行较为系统、全面的介绍,并在此基础上指出木材防腐研究的几个主要方向。木材防腐剂的发展趋势是近期以水载防腐剂为主导,以开发综合性能优良的不含金属的有机防腐剂作为未来的发展方向;木材防腐处理工艺的重点在于增强防腐剂在木材中的渗透性,加速防腐剂与木材之间的固着反应以及开发新型的防腐处理工艺以适应新的防腐剂的需要。改性处理方面主要介绍木材的热处理和化学改性处理在防腐方面的应用现状。木材防腐处理的环境特性则着重介绍LCA技术(生命循环分析技术)以及防腐处理材的废弃处理问题。另外,还简要介绍木材防腐研究机构和协会、木材防腐标准等方面的情况。本文旨在使国内的木材研究者对当前木材防腐技术和研究有一个总体的认识,并在此基础上结合国内的实际情况,发展适于处理中国国内树种及适合市场需求的木材防腐技术,为更科学、更高效地利用国内木材资源提供新途径。

关键词：木材防腐技术防腐剂处理工艺

聚乙二醇改性相变微胶囊制备MicroPCMs-WF/HDPE复合材料物理力学性能

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复合材料学报 2016年第12期33卷 2725-2731页

作者：郭玺曹金珍陈玉北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

以正十二烷醇（DA）为芯材,密胺树脂（MF）和聚乙二醇改性密胺（PMF）树脂为壁材制备了相变微胶囊（MicroPCMs）,并分别添加到木粉/高密度聚乙烯（WF/HDPE）复合材料中,获得了具有相变蓄热能力的MicroPCMs-WF/HDPE复合材料。采用SEM、F... 详细信息

以正十二烷醇（DA）为芯材,密胺树脂（MF）和聚乙二醇改性密胺（PMF）树脂为壁材制备了相变微胶囊（MicroPCMs）,并分别添加到木粉/高密度聚乙烯（WF/HDPE）复合材料中,获得了具有相变蓄热能力的MicroPCMs-WF/HDPE复合材料。采用SEM、FTIR和纳米压痕等方法对MicroPCMs的表面形态、力学性能进行了分析与表征,同时对MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的物理力学及热性能进行了测试。结果表明：经聚乙二醇改性后,改性微胶囊（PMF-MicroPCMs）的弹性模量和硬度较未改性微胶囊（MF-MicroPCMs）分别增加了13.9%和30.0%;MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的熔融温度区间（22.2~28.7℃）满足人体舒适温度范围,较纯WF/HDPE复合材料温度变化速率明显减缓;相比纯WF/HDPE复合材料,MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的吸湿性、冲击强度和表面硬度增加,弯曲和拉伸性能下降;PMF-MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的性能均优于MFMicroPCMs-WF/HDPE复合材料,且达到了木塑装饰板材的力学性能标准要求。

关键词：相变材料微胶囊木塑复合材料蓄热材料聚乙二醇改性物理力学性能

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亚麻油/混合蜡乳液构建木材内双层疏水体系

林业科学 2021年第4期57卷 124-132页

作者：陈悰王望曹金珍北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

【目的】利用环保、价廉的混合蜡和亚麻油乳液在木材内外表面构建双层疏水屏障,使其同时具备粗糙结构和连续防水层,进而兼具疏水和防水效果。【方法】配制亚麻油乳液、亚麻油/棕榈蜡乳液、亚麻油/混合蜡(蜂蜡/棕榈蜡、石蜡/棕榈蜡)乳液... 详细信息

【目的】利用环保、价廉的混合蜡和亚麻油乳液在木材内外表面构建双层疏水屏障,使其同时具备粗糙结构和连续防水层,进而兼具疏水和防水效果。【方法】配制亚麻油乳液、亚麻油/棕榈蜡乳液、亚麻油/混合蜡(蜂蜡/棕榈蜡、石蜡/棕榈蜡)乳液,对乳液性能进行评价。采用两步法和一步法浸渍杨木试件,通过70℃(两步法)和90~103℃(一步法)后处理温度在木材内外表面构建双层疏水屏障,并对处理材的表面疏水性、吸水性和尺寸稳定性进行测试。【结果】1)亚麻油乳液的平均粒径为195.6 nm,在室温下贮存稳定性良好,60天内粒径变化率仅为2.45%;亚麻油乳液与混合蜡乳液复合后的离心稳定性良好;2)亚麻油乳液在木材横向和纵向输水通道内均有分布,干燥后可在木材内表面形成连续油膜,并与混合蜡乳液构成双层疏水屏障;3)亚麻油/蜡改性方法能够有效提高木材的表面疏水性,两步法和一步法处理材横切面的接触角均在150°左右,且不随时间变化;而一步法处理材弦切面的疏水性好于两步法;4)亚麻油/蜡乳液复合改性材的吸水率降低,一步法的防水效率明显优于两步法,经过196 h泡水后,LB1和LP1处理材的防水效率保持在45%以上;复合改性方法亦能显著降低处理材前期的体积膨胀率,但最终影响差别不大。【结论】利用亚麻油/混合蜡乳液浸渍木材,仅通过后期干燥温度控制即可在木材内外表面形成兼具粗糙结构和连续防水层的双层疏水体系,赋予处理材优良的疏水性和防水性,是一种环保、节能、价廉的木材疏水改性方法。

关键词：木材蜡亚麻油乳液疏水性

聚乙二醇改性相变微胶囊-木粉/高密度聚乙烯复合材料的制备与热性能

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复合材料学报 2017年第6期34卷 1185-1190页

作者：郭玺曹金珍王佳敏北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

通过原位聚合法制备了以正十二烷醇(DA)为芯材,密胺树脂(MF)或聚乙二醇改性密胺树脂(PMF)为壁材的相变微胶囊DA@MF和DA@PMF,并将相变微胶囊添加到木粉/高密度聚乙烯复合材料(WF/HDPE)中,制备了具有相变蓄热能力的DA@MF-WF/HDPE和DA@PMF-... 详细信息

通过原位聚合法制备了以正十二烷醇(DA)为芯材,密胺树脂(MF)或聚乙二醇改性密胺树脂(PMF)为壁材的相变微胶囊DA@MF和DA@PMF,并将相变微胶囊添加到木粉/高密度聚乙烯复合材料(WF/HDPE)中,制备了具有相变蓄热能力的DA@MF-WF/HDPE和DA@PMF-WF/HDPE复合材料。采用DSC、TG和红外热成像等方法对DA@MF、DA@PMF和相变微胶囊-WF/HDPE的热性能进行了分析与表征。测试结果表明,DA@PMF的结晶和熔融热焓值分别提高了35.0J/g和21.5J/g,快速失重温度提高了19.9℃;蓄热能力测试表明,DA@PMF成功添加至WF/HDPE中,且在制备过程中损失较小;DA@PMF-WF/HDPE的相变温度(27.2、11.3℃)、相变潜热(31.6、20.3J/g)和热稳定性(256.9℃,DA开始失重)等性能表明其具备成为相变蓄热材料的潜力。

关键词：相变微胶囊蓄热材料聚乙二醇改性复合材料热性能

蒙脱土对木粉/聚丙烯复合材料光降解及老化抑制作用

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北京林业大学学报 2018年第8期40卷 116-122页

作者：彭尧王雯曹金珍北京林业大学材料科学与技术学院木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

【目的】为了探究蒙脱土对木塑复合材料耐光老化性能的影响,及其在老化过程中的作用机理。【方法】以毛白杨木粉和聚丙烯为原料,选用两种不同类型的蒙脱土钠基蒙脱土(Na-MMT)和有机蒙脱土(OMMT)为添加剂,在不同添加量的条件下(0、0.5%、... 详细信息

【目的】为了探究蒙脱土对木塑复合材料耐光老化性能的影响,及其在老化过程中的作用机理。【方法】以毛白杨木粉和聚丙烯为原料,选用两种不同类型的蒙脱土钠基蒙脱土(Na-MMT)和有机蒙脱土(OMMT)为添加剂,在不同添加量的条件下(0、0.5%、1.0%和1.5%)制备了5组木粉/聚丙烯复合材料,并进行长达960 h的人工加速紫外老化。在老化过程中,测试试材的表面颜色和弯曲性能,并利用扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)对复合材料表面的形貌和化学组成变化进行表征。【结果】老化造成复合材料表面的褪色和开裂现象,老化960 h后,对照组复合材料的静曲强度和弹性模量保持率分别仅为76.4%和61.7%;两种类型的蒙脱土均有效抑制了复合材料光降解,添加蒙脱土的复合材料其弯曲性能保持率均高于对照组;蒙脱土同时具有紫外屏蔽作用和光催化作用,前者在老化初期(老化480 h内)的作用较为明显;相比于Na-MMT,OMMT层间有机改性剂的光降解促进了复合材料体系的光老化进程。【结论】Na-MMT更有利于延缓复合材料的光老化,且在添加量较低时(0.5%)耐老化效果较好。

关键词：木塑复合材料光老化蒙脱土表面性能

蒙脱土稳定石蜡基Pickering乳液处理材的性能研究

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林业工程学报 2017年第5期2卷 36-40页

作者：陈玉曹金珍北京林业大学材料科学与技术学院木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

为了提高木材的防水性和尺寸稳定性,以过氧化二异丙苯(DCP)为自由基引发剂,通过硅烷偶联剂的作用,制备出蒙脱土稳定石蜡基Pickering乳液;采用真空-加压方式浸渍处理青杨(Populus cathayana)边材,考察了DCP质量分数对乳液粒径分布和静置... 详细信息

为了提高木材的防水性和尺寸稳定性,以过氧化二异丙苯(DCP)为自由基引发剂,通过硅烷偶联剂的作用,制备出蒙脱土稳定石蜡基Pickering乳液;采用真空-加压方式浸渍处理青杨(Populus cathayana)边材,考察了DCP质量分数对乳液粒径分布和静置稳定性的影响,分析了处理材增重率、表面硬度、表面润湿性、吸水性和尺寸稳定性的变化,并采用扫描电子显微镜(SEM)对处理材的微观结构进行了分析与表征。结果表明:1)制备出的乳液平均粒径达到微米级(≤2μm),DCP为0.05%质量分数时乳液平均粒径最小,随着DCP质量分数进一步增加,乳液粒径有所增大;2)乳液浸渍处理后,处理材的表面硬度、表面润湿性和防水性均有所提高,其中DCP为0.05%质量分数时的改性效果较好;3)连续、均一的蜡状物附着在木材细胞壁纹孔表面,从而使木材具有较高的疏水性。

关键词：蒙脱土石蜡 Pickering乳液过氧化二异丙苯青杨

热改性工艺对欧洲赤松化学成分变化及耐腐性的影响

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北京林业大学学报 2022年第2期44卷 123-130页

作者：柯美慧王望曹金珍木质材料科学与应用教育部重点实验室北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

【目的】为了探究热改性温度和压力条件对欧洲赤松(Pinus sylvestris)化学成分变化及耐腐性的影响规律,进而揭示热改性工艺、化学成分变化和木材耐腐性之间的响应机制。【方法】在不同温度(150、180、210℃)、加压或常压条件下对欧洲赤... 详细信息

【目的】为了探究热改性温度和压力条件对欧洲赤松(Pinus sylvestris)化学成分变化及耐腐性的影响规律,进而揭示热改性工艺、化学成分变化和木材耐腐性之间的响应机制。【方法】在不同温度(150、180、210℃)、加压或常压条件下对欧洲赤松边材进行热改性,分析热改性前后抽提物、木质素、综纤维素、α-纤维素和半纤维素质量分数的变化。以密黏褶菌为试验菌种,研究热改性木材在腐朽过程中化学成分的变化,并采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对其微观形貌进行表征。【结果】热改性温度越高,欧洲赤松质量损失率越高;热改性过程中抽提物和木质素质量分数上升,综纤维素、α-纤维素和半纤维素质量分数降低;在同一温度下,加压条件比常压条件下热改性质量损失率和化学成分变化更为显著。与常压热改性相比,加压热改性材耐腐性较好,且温度越高,耐腐性越强。加压180℃腐朽12周后质量损失率为18.8%,耐腐等级为Ⅱ级(耐腐);加压210℃腐朽12周后质量损失率为8.4%,耐腐等级为Ⅰ级(强耐腐)。腐朽过程中,耐腐性能无明显变化的常压150℃、加压150℃和常压180℃热改性材与对照组的化学成分变化趋势相似,随着腐朽时间的延长,综纤维素、α-纤维素和半纤维素质量分数持续下降,木质素质量分数持续上升。常压210℃、加压180℃和加压210℃热改性材的木质素质量分数变化不明显,综纤维素和α-纤维素的降解速度明显变慢。【结论】热改性过程中不同的温度和压力对木材的化学成分变化和耐腐性产生不同程度的影响。温度较高且加压的热改性条件会增加热改性过程中半纤维素和α-纤维素的降解,综纤维素质量分数大幅下降,抽提物、木质素质量分数大幅上升。热改性后综纤维素的减少使得褐腐真菌对木材的降解程度降低,降解速度变慢,木质素、抽提物质量分数的上升又对真菌进一步降解细胞壁成分具有一定的抑制作用,从而提升热改性材的耐腐性。

关键词：欧洲赤松热改性工艺化学成分耐腐性