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纤维素复合气凝胶的制备及保温隔热性能研究

功能材料 2024年第1期55卷 1092-1097页

作者：巩玲安昕煜孔苗苗刘畅李旭刘志明东北林业大学材料科学与工程学院哈尔滨150040

利用化学交联和冷冻干燥技术制备了绿色环保的羧甲基纤维素钠(CMC)/明胶(GL)-戊二醛(GA)复合气凝胶(CL-A);研究不同比例的羧甲基纤维素钠(CMC)、明胶(GL)和不同含量的戊二醛(GA)对气凝胶微观结构、热稳定性、力学强度以及保温隔热等性... 详细信息

利用化学交联和冷冻干燥技术制备了绿色环保的羧甲基纤维素钠(CMC)/明胶(GL)-戊二醛(GA)复合气凝胶(CL-A);研究不同比例的羧甲基纤维素钠(CMC)、明胶(GL)和不同含量的戊二醛(GA)对气凝胶微观结构、热稳定性、力学强度以及保温隔热等性能的影响。实验结果表明,羧甲基纤维素钠(CMC)与明胶(GL)比例为1:2且戊二醛(GA)添加量为15%时的复合气凝胶(C1L2-A15)的压缩强度高达3.03 MPa,较纯羧甲基纤维素钠(CMC)气凝胶增长了7倍左右;热导率低至0.022 W/(m·k),保温效果较好;多孔的三维网络更加致密,改善了复合气凝胶的形貌结构;复合气凝胶的残炭量高达37%,一定程度上提高了热稳定性。

关键词：生物质气凝胶羧甲基纤维素明胶压缩性能保温隔热

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木质素/丙烯酰胺构建室温磷光气凝胶

林业工程学报 2024年第3期9卷 96-102页

作者：罗一贵陈志俊李淑君东北林业大学材料科学与工程学院哈尔滨150040

木质素是自然界中芳环含量最高的天然高分子,关于其光致发光特性的研究仍较少。本研究以制浆造纸行业中常见副产物木质素磺酸钠为发色团,丙烯酰胺为聚合单体,采用一步聚合法在60℃、1 h下制备了磷光/聚丙烯酰胺(LS@PAM)水凝胶,再经冻干... 详细信息

木质素是自然界中芳环含量最高的天然高分子,关于其光致发光特性的研究仍较少。本研究以制浆造纸行业中常见副产物木质素磺酸钠为发色团,丙烯酰胺为聚合单体,采用一步聚合法在60℃、1 h下制备了磷光/聚丙烯酰胺(LS@PAM)水凝胶,再经冻干制得气凝胶。借助丙烯酰胺刚性且多氢键的基质环境限域木质素,制得了高强度的磷光气凝胶材料。结合傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和稳态/瞬态荧光光谱仪等手段对气凝胶的结构性质和光物理性能进行分析。实验结果表明,采用320 nm作为激发波长时,在510 nm(绿光)处检测到最长的磷光寿命287.43 ms;SEM揭示出气凝胶具有有序多孔的网状结构,经过力学测试发现其拉伸强度为24.24 MPa,当压缩应变为10%时,其压缩强度为9.39 MPa。借助丙烯酰胺基质对铁离子的灵敏响应,可对铁离子进行有效检测。而磷光气凝胶与现有的电阻式/电容式湿度传感器相比,也能达到对湿度的可视化传感,在相对湿度由30%增加到50%时,气凝胶余辉颜色发生显著变化。本研究通过简单的一步共聚法,借助刚性的丙烯酰胺基质对木质素磺酸钠的限域作用,有效构建了高力学强度的磷光材料,为开发利用木质素提供了更多手段,拓展了以林木生物质为原料的余辉发射材料的制备策略和应用领域。

关键词：木质素丙烯酰胺磷光气凝胶离子检测

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鞣花酸余辉气凝胶制备及光物理性质研究

林业工程学报 2024年第2期9卷 92-100页

作者：王瑞陈志俊李淑君东北林业大学材料科学与工程学院哈尔滨150040

以鞣花酸(EA)为发色团,将其掺杂在海藻酸钠(SA)中,经过与Zn2+、Ca2+等二价金属离子交联凝胶化,凝胶经过冷冻干燥得到绿色余辉气凝胶(EA@SA)。对EA@SA气凝胶进行光物理性能分析,结果显示,使用不同的二价金属阳离子交联的气凝胶均有良好... 详细信息

以鞣花酸(EA)为发色团,将其掺杂在海藻酸钠(SA)中,经过与Zn2+、Ca2+等二价金属离子交联凝胶化,凝胶经过冷冻干燥得到绿色余辉气凝胶(EA@SA)。对EA@SA气凝胶进行光物理性能分析,结果显示,使用不同的二价金属阳离子交联的气凝胶均有良好的磷光发射,EA@SA-Zn、EA@SA-Ca、EA@SA-Sr、EA@SA-Ba气凝胶磷光寿命分别为275.71,157.59,123.92和144.56 ms,其中EA@SA-Zn气凝胶的磷光寿命最长。测试的荧光光谱及荧光寿命表明,EA@SA-Zn气凝胶的荧光发射以430 nm为发射中心,荧光寿命达到5.87 ns。SEM测试结果表明,制备的EA@SA-Zn气凝胶内部呈现网状多孔结构并且结构较为疏松,丰富的孔隙结构为EA分子提供良好的基质环境。同时,EA@SA-Zn气凝胶的元素映射图显示其表面均匀分布C、O、Zn、Cl 4种元素,这说明Zn2+与海藻酸钠交联充分,从而成功制备EA@SA-Zn气凝胶。将制备的EA@SA-Zn气凝胶放置在不同湿度环境下,随着相对湿度的增加,磷光寿命有所降低,干燥之后磷光寿命得到恢复;并且EA@SA-Zn气凝胶在乙腈(ACN)、乙醇(EtOH)、四氢呋喃(THF)、二氯甲烷(DCM)有机溶剂中均表现出良好的磷光发射,磷光寿命分别为254.76,260.14,266.64和268.67 ms。制备的EA@SA-Zn气凝胶在30 d后仍能观察到绿色余辉发射,具有磷光稳定性。最后,制备负载EA@SA-Zn气凝胶的余辉线,将其应用在刺绣和防伪领域,拓展了天然多酚制备余辉材料的策略及应用领域。

关键词：鞣花酸海藻酸钠气凝胶二价金属离子室温磷光

基于机器视觉的木窗双端铣削加工尺寸测量方法

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林业工程学报 2024年第1期9卷 141-149页

作者：任长清张佳林杨春梅宋文龙吴哲东北林业大学机电工程学院哈尔滨150040

木窗是一种以木材或木质复合材料为主要构件的门窗产品,具有良好的生态性能和美观效果,适用于多种建筑形式和风格,其中木窗尺寸是衡量木窗加工是否合格的重要指标。对于传统木窗双端铣削加工中人工测量尺寸方式存在的精度低、效率低等问... 详细信息

木窗是一种以木材或木质复合材料为主要构件的门窗产品,具有良好的生态性能和美观效果,适用于多种建筑形式和风格,其中木窗尺寸是衡量木窗加工是否合格的重要指标。对于传统木窗双端铣削加工中人工测量尺寸方式存在的精度低、效率低等问题,提出一种基于机器视觉的木窗双端铣削加工尺寸测量方法,以期提高尺寸测量精度及加工效率。该方法针对木窗厚度引起的透视效应,提出一种物平面提升法,以消除透视投影带来的误差。首先对木窗图像采取灰度化、平滑去噪、图像增强及轮廓分割等举措,完成图像预处理,提取出木窗内外轮廓区域。对轮廓区域应用Canny算子获取木窗像素级轮廓。通过优化的Zernike矩亚像素边缘提取算法对木窗像素级边缘进行更精确的定位,得到亚像素级轮廓坐标。通过最小二乘法联合RANSAC算法对亚像素轮廓坐标进行拟合,得到拟合轮廓及角点坐标,并使用透视矫正模型计算出木窗尺寸。实验利用3种厚度规格相同但尺寸不同的松木材质矩形木窗,分别测量其内框和外框的边框尺寸及对角线尺寸,并与对应的实际物理尺寸对比,验证了所提木窗尺寸测量方法的检测精度。研究结果表明,所提方法与实际物理尺寸值相比,其绝对误差范围在±0.12 mm之内,相对误差在±0.1%之内,且效率及精度高,可以满足对木窗的在线尺寸检测。

关键词：机器视觉木窗尺寸测量边缘检测亚像素

PVAc基光固化核壳乳胶的合成及其在水性木器涂料中的应用

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涂料工业 2024年

作者：聂金秋李欢欢范晓慧李志国东北林业大学材料科学与工程学院

为解决水性木器涂料涂装效率低的问题，通过在聚醋酸乙烯酯（PVAc）基核壳乳胶粒壳层表面接枝活性双键功能单体（双戊烯），首先构建了双键功能化PVAc基核壳乳胶粒，然后通过预乳化将多活性单体（TMPTA）在乳胶粒合成后期加入乳液，制备... 详细信息

为解决水性木器涂料涂装效率低的问题，通过在聚醋酸乙烯酯（PVAc）基核壳乳胶粒壳层表面接枝活性双键功能单体（双戊烯），首先构建了双键功能化PVAc基核壳乳胶粒，然后通过预乳化将多活性单体（TMPTA）在乳胶粒合成后期加入乳液，制备了PVAc基光固化复合乳液，并对其乳液稳定性、光固化性能、力学性能和漆膜性能等性能进行了研究。结果表明：所制备的PVAc基核壳乳胶粒壳层含有活性双键，且粒径远小于紫外光波长，可实现UV固化；通过调控活性单体的加入量，可显著加快PVAc基光固化复合乳液的成膜速度，应用于木器漆涂饰时，最快可在20 s内完成固化；同时乳胶膜性能可调控，在活性单体TMPTA与壳层双键的物质的量比为3∶1时，光固化乳胶膜达到最佳的力学性能，其拉伸强度为0.91 MPa，断裂伸长率为1.29%，弹性模量为70.54 MPa；此外，木器涂料漆膜硬度、附着力、光泽和粗糙度分别为4H、0级、23.7、1.15μm。所制备的PVAc基光固化复合乳液将在水性木器涂料具有广阔的应用前景。

关键词：水性木器涂料核壳结构乳液聚醋酸乙烯酯不对称双键紫外光固化

共沉淀法制备木质素/纳米纤维素杂化颗粒及其形貌调控

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林业工程学报 2024年

作者：李豪郭娆田雪樊亚博王成毓宦思琪东北林业大学材料科学与工程学院

纤维素和木质素是自然界中储量最丰富的可再生资源,受天然木材中纤维素和木质素的共生互缠绕结构启发,以林木生物质微纳米基元重组多维新材料为目的,研究并探索木质素/纤维素杂化颗粒的制备及应用,是提高和拓展林木生物质高值化利用的... 详细信息

纤维素和木质素是自然界中储量最丰富的可再生资源,受天然木材中纤维素和木质素的共生互缠绕结构启发,以林木生物质微纳米基元重组多维新材料为目的,研究并探索木质素/纤维素杂化颗粒的制备及应用,是提高和拓展林木生物质高值化利用的有效手段之一。本研究基于溶解-沉降的方法,分别采用四氢呋喃和无水乙醇溶解硫酸盐木质素,再向其溶液中瞬时加入纳米纤维素(CNF)悬浮液,使木质素溶液迅速产生相分离;在实现木质素微纳米球(LNS)制备的同时,混合纳米纤维素,一步法制备稳定且均匀分散的LNS/CNF杂化颗粒;探讨了不同溶剂、不同质量分数CNF悬浮液以及不同滴加速率对所得LNS/CNF杂化颗粒悬浮液稳定性、颗粒微观形貌、尺寸、表面张力以及成膜特性的影响。实验结果表明:硫酸盐木质素在不同溶剂中的溶解行为差异及CNF悬浮液的质量分数和滴加速率,都会影响其杂化颗粒的稳定性、形貌和尺寸,使用四氢呋喃处理所得LNS/CNF杂化颗粒的尺寸形貌更为均一;反应的最佳CNF质量分数为0.5%,所得LNS/CNF杂化颗粒的尺寸大小最为均匀;通过控制滴加速度,能有效调控所得颗粒的尺寸,实现LNS的可控制备,在CNF质量分数一定的情况下,滴加速度越快,所制备的LNS/CNF纳米杂化颗粒和所得薄膜的性能也越好。

关键词：木质素纤维素相分离杂化颗粒薄膜

油蜡热处理对木材物理性能及尺寸稳定性的影响

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森林工程 2024年第1期40卷 106-113页

作者：蒋金成李璟张镜元王秉泉战剑锋东北林业大学材料科学与工程学院哈尔滨150040

为探究植物油蜡热处理对不同树种木材的物理性能及尺寸稳定性的影响,以臭冷杉、落叶松和条纹乌木为研究对象,自主配置的植物油蜡溶液为加热介质,分别在不同温度(140、170、200℃)下对木材进行4 h的高温热处理,再通过充分的冷却确保植物... 详细信息

为探究植物油蜡热处理对不同树种木材的物理性能及尺寸稳定性的影响,以臭冷杉、落叶松和条纹乌木为研究对象,自主配置的植物油蜡溶液为加热介质,分别在不同温度(140、170、200℃)下对木材进行4 h的高温热处理,再通过充分的冷却确保植物油蜡完全进入木材内部,并利用扫描电镜观察其内部结构。研究结果表明,室温冷却阶段是木材油蜡热处理的关键,该阶段植物油蜡大量进入木材内部,这主要表现为木材试件增重百分比(Weight Percentage Gain,WPG)的变化。经植物油蜡联合热处理后,3种木材最大颜色变化(ΔE^(*))分别为48.24、40.67、5.95;表面疏水性均有稳定提高,接触角(Water Contact Angle,WCA)稳定提升至70°左右;不同树种的弦向、径向线湿胀率及体积膨胀率均有不同程度的降低,抗膨胀效率(Anti Swelling Efficiency,ASE)有效提高,3种木材最大提高49.64%、48.24%、38.86%,说明植物油蜡热处理可以提升木材尺寸稳定性。

关键词：植物油蜡热处理木材物理性能尺寸稳定性

MMT/IFR膨胀阻燃液化木质素磺酸钠基聚氨酯泡沫的制备及性能

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林产化学与工业 2024年第1期44卷 24-32页

作者：安昕煜李旭巩玲刘志明东北林业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150040

利用木质素磺酸钠(SLS)液化产物完全替代聚醚多元醇,同时以由壳聚糖(CS)和聚磷酸铵(APP)复配组成的膨胀阻燃剂(IFR)和蒙脱土(MMT)为添加剂,制备出MMT/IFR膨胀阻燃液化木质素磺酸钠基聚氨酯泡沫(SLS-PUF/IFR/MMT)材料。采用扫描电子显微... 详细信息

利用木质素磺酸钠(SLS)液化产物完全替代聚醚多元醇,同时以由壳聚糖(CS)和聚磷酸铵(APP)复配组成的膨胀阻燃剂(IFR)和蒙脱土(MMT)为添加剂,制备出MMT/IFR膨胀阻燃液化木质素磺酸钠基聚氨酯泡沫(SLS-PUF/IFR/MMT)材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、极限氧指数(LOI)、热重分析(TG)仪、锥形量热仪、热导率测试仪和电子万能试验机等对材料的阻燃性能、热稳定性、燃烧性能、导热性能和压缩性能进行分析。研究结果表明:当IFR添加量为20%时,制备的材料100%SLS-PUF/20%IFR的LOI值达到了最高值24.3%;当IFR添加量≥16%时,制备的材料100%SLS-PUF/IFR的垂直燃烧等级达到V-0级。在此基础上,当MMT添加量为2%时,制备的材料100%SLS-PUF/20%IFR/2%MMT的LOI值达到了24.8%,且其垂直燃烧等级能够达到V-0级。相较于100%SLS-PUF材料,100%SLS-PUF/20%IFR/2%MMT材料的峰值热降解速率、最大热释放速率和总热释放量分别降低了0.6%/min、 145.6 kW/m~2和13.9 MJ/m~2,残炭量提高了13.1个百分点,同时其表观密度和压缩强度则分别提高至58.72 kg/m~3和296.6 kPa,其热导率也达到了0.041 W/(m·K)。

关键词：聚氨酯泡沫木质素磺酸钠阻燃性能压缩强度

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光谱共焦显微测量技术研究进展

激光与光电子学进展 2024年

作者：丁万云王宇航张韬秦浩王吉祥东北林业大学计算机与控制学院东北林业大学机电工程学院

光谱共焦显微测量技术结合了共焦显微镜的高空间分辨率和光谱分析的高波长分辨率，凭借精度高、适用性强、无损检测等特性，广泛应用于工业生产、生物医疗和半导体芯片等领域。本文首先介绍了点光谱共焦系统的原理，指出了点光谱共焦低... 详细信息

光谱共焦显微测量技术结合了共焦显微镜的高空间分辨率和光谱分析的高波长分辨率，凭借精度高、适用性强、无损检测等特性，广泛应用于工业生产、生物医疗和半导体芯片等领域。本文首先介绍了点光谱共焦系统的原理，指出了点光谱共焦低检测效率的缺点。其次，针对改善光谱共焦显微测量技术的关键性能指标，阐述了在光源、色散物镜和光谱信号检测等方面所取得的主要成果，并对各类光源进行定性对比。随后展示了光谱共焦显微测量技术的扫描方法，梳理了相关研究进展，并总结了相关方法的优点和缺点。最后，展望了光谱共焦显微测量技术未来的发展趋势。

关键词：光谱共焦显微技术精密测量宽光谱光源色散物镜扫描成像