李志高， 王 勇， 陳澤君， 馬 芳， 范友華

(湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004)

楊樹浸漬改性處理材尺寸穩(wěn)定性研究

李志高， 王 勇， 陳澤君*， 馬 芳， 范友華

(湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004)

利用聚乙烯醇縮甲醛改性劑對楊樹木材進(jìn)行浸漬改性，對其改性材的尺寸穩(wěn)定性進(jìn)行研究。結(jié)果表明：改性材的徑向、弦向和體積干縮率與素材相比均有不同程度的下降；從全干到吸水飽和狀態(tài)的過程中，當(dāng)改性劑達(dá)到一定濃度時，改性材的徑向、體積濕脹率與素材相比有明顯下降，弦向線濕脹率下降不明顯。從氣干到吸水飽和狀態(tài)的過程中，改性材的徑向、弦向濕脹率與素材相比均有不同程度的下降；改性材體積濕脹率隨著改性劑濃度的上升而呈下降趨勢，當(dāng)改性劑濃度為30%時，改性材體積濕脹率為6.85%，與素材相比下降了5.54%。改性材吸水率隨改性劑濃度的上升而下降，最低可達(dá)159%；改性材的抗干縮系數(shù)(ASE)隨改性劑濃度上升而增加，最大可達(dá)47.8%。改性材的尺寸穩(wěn)定性能要明顯優(yōu)于楊樹素材。

楊木； 改性； 吸水性； 抗干縮系數(shù)

湖南是楊樹人工林種植大省，其種植面積在全國位居前三。楊樹木材在建筑、家具及人造板等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。但由于楊樹生長速度快，輪伐周期短，致使其木材所含幼齡材比例高，密度低，物理力學(xué)性能較差，應(yīng)用范圍受到限制[1-2]。改善楊樹材性是提高其木材利用價值，拓展其使用范圍的一個重要途徑。樹脂浸漬改性法是近年較常用的木材改性方法[3-4]。目前，主要對浸漬改性木材的各項力學(xué)性能做出了較詳盡的研究和評價，但鮮見對木材的干縮和濕脹性能等的深入研究[5-6]。因而在已有研究[7]的基礎(chǔ)上，我們利用聚乙烯醇縮甲醛改性劑對楊樹木材進(jìn)行改性處理，并對楊樹素材和改性材的干縮性、濕脹性、吸水性等方面的性能進(jìn)行了對比研究，為人工林楊樹木材浸漬改性研究和利用提供新的實驗數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)備

(1) 試驗材料。試驗用木材采自湖南省沅江市林場的8年生人工速生楊樹林，按照GB/T1929-2009木材物理力學(xué)試材鋸解及試樣截取方法[8]將其加工成20(R)mm×20(R)mm×20(L)mm規(guī)格的試件，并將試件分別依次編號。試件的含水率為12%左右。改性劑主劑為聚乙烯醇縮甲醛膠，購于多邦涂料有限公司，外觀為無色透明液體，不揮發(fā)物含量為6%，粘度為100mPa·s，pH值為6.5～7.5，貯存期6個月；助劑為實驗室自配。

(2) 主要儀器及設(shè)備。真空/加壓木材處理設(shè)備(自行設(shè)計，最大壓力2.5MPa、真空度-0.08MPa、容積0.0345m3)；電子千分尺(精確到0.02mm)；電子天平(精確度0.0001g)；電熱鼓風(fēng)干燥箱(天津泰斯特儀器有限公司，型號202-3AB)。

1.2 改性方法

(1) 將試件進(jìn)行室干。

(2) 將試件置于自組裝改性處理罐內(nèi)密封。

(3) 將處理罐抽至-0.08MPa的真空度保持0.5h。

(4) 真空狀態(tài)下向處理罐中注入改性藥劑，然后對處理罐加壓，使壓力達(dá)到實驗設(shè)定壓力，并分段保壓一段時間，以控制載藥量。

(5) 卸壓，將試件從處理罐中取出。

(6) 去除多余殘留藥液后在自然條件下陳放7 d，然后將試件干燥至含水率為15%左右。

1.3 測試

1.3.1 尺寸穩(wěn)定性測試 素材和改性材的干縮率采用GB 1932-91木材干縮性測定規(guī)定的方法測定[9]。素材和改性材的濕脹率采用GB 1934.2-91木材濕脹性測定規(guī)定的方法測定[10]。通過素材和改性材的濕脹率計算改性材的抗干縮系數(shù)(ASE)。計算公式見公式(1)。

(1)

1.3.2 吸水率測定 試件的吸水率參照公式(2)計算，精確至1%。

(2)

2 結(jié)果與分析

2.1 改性材與素材的干縮性

圖1為不同濃度改性劑浸漬的楊樹改性材與素材干縮率對比圖。從圖1可以看出：從吸水飽和狀態(tài)到全干狀態(tài)的過程中，不同濃度改性劑浸漬的楊樹改性材，其徑向、弦向和體積干縮率與素材相比均有不同程度的下降，其干縮率比楊樹素材的最大干縮率分別下降了2.56%、2.3%、5.2%；從吸水飽狀態(tài)和到氣干狀態(tài)的過程中，改性材的徑向、弦向和體積干縮率與素材相比也均有不同程度的下降，其干縮率較楊樹素材最大干縮率分別下降了1.63%、1.87%、4.64%。隨著環(huán)境的變化，浸漬改性材的體積干縮率要明顯小于楊樹素材的體積干縮率，改性材的體積干縮率受環(huán)境影響比楊樹素材要小。通過改性處理，楊樹木材的干縮性能均有明顯的改善。

圖1 楊樹改性材與素材的干縮率對比圖Fig.1 Drying shrinkage ratio variations of poplar wood and treated poplar wood

2.2 改性材與素材的濕脹性

圖2為不同濃度改性劑浸漬的楊樹改性材與素材的濕脹率對比圖。從圖2可以看出：從全干狀態(tài)到吸水飽和狀態(tài)的過程中，當(dāng)改性劑達(dá)到一定濃度時，改性材的徑向、體積濕脹率均與素材有明顯下降，最大下降了2.5%和4.54%；改性材的弦向線濕脹率隨著改性劑濃度的上升下降不明顯；從氣干狀態(tài)到吸水飽和狀態(tài)的過程中，不同濃度改性劑浸漬的改性材，其弦向和徑向線濕脹率與楊樹素材相比整體變化不大，但改性材體積濕脹率隨著改性劑濃度的上升而呈下降趨勢，當(dāng)改性劑濃度為30%時，改性材體積濕脹率為6.85%，與素材相比下降了5.54%。

圖2 楊樹改性材與素材的濕脹率對比圖Fig.2 Swelling ratio variations of poplar wood and treated poplar wood

2.3 改性材與素材的吸水率

圖3為不同濃度改性劑浸漬的楊樹改性材與素材吸水率變化圖。從圖3中可以看出，楊樹素材吸水率為198%，經(jīng)過改性后的楊樹處理材吸水率有明顯下降。當(dāng)改性劑濃度為30%時，處理材的吸水率降到了159%。這可能是改性劑進(jìn)入木材內(nèi)部后，改性劑分子上的羥基與木材內(nèi)部大分子上的羥基發(fā)生了縮合反應(yīng)，減少了木材內(nèi)部羥基官能團含量，從而降低了木材大分子的親水性，使其吸水率有了顯著的下降。改性木材吸水率的下降對木材尺寸穩(wěn)定性有重要影響[11-12]。

圖3 楊樹改性材與素材吸水率變化圖Fig.3 Water absorption ratio variations of poplar wood and treated poplar wood

2.4 改性材的抗干縮性

圖4為改性材抗干縮系數(shù)(ASE)變化趨勢圖?？垢煽s系數(shù)(ASE)是衡量木材尺寸穩(wěn)定性最重要的參數(shù)之一，ASE值越大，說明木材尺寸穩(wěn)定性越好[13-14]。通過不同濃度改性劑改性，楊樹木材的抗干縮系數(shù)均有明顯提高，當(dāng)改性劑濃度上升到30%時，木材的ASE達(dá)到最大值，為47.8%。通過改性，降低了木材的親水性，從而降低了木材的吸水性能，改善了其濕脹和抗干縮的性能，提高了木材尺寸穩(wěn)定性[15-16]。

圖4 楊樹改性材ASE變化趨勢圖Fig.4 ASE variations of modified wood

3 結(jié)論

(1) 無論是從吸水飽和到全干狀態(tài)，還是從吸水飽和到氣干狀態(tài)的過程中，改性材徑向、弦向和體積干縮率與素材相比均有不同程度的下降。

(2) 從全干到吸水飽和狀態(tài)的過程中，當(dāng)改性劑達(dá)到一定濃度時，改性材的徑向、體積濕脹率均比素材有明顯下降；木材弦向線濕脹率隨改性劑濃度上升下降不明顯。從氣干到吸水飽和狀態(tài)的過程中，改性材的徑向、弦向線濕脹率與素材相比均有不同程度的下降；改性材體積濕脹率隨著改性劑濃度的上升而呈下降趨勢，當(dāng)改性劑濃度為30%時，改性材體積濕脹率為6.85%，與素材相比下降了5.54%。

(3) 楊樹木材經(jīng)過改性后，其吸水性明顯減弱，這也直接改善了改性材的抗干縮性能。當(dāng)改性劑濃度為30%時，改性材的抗干縮系數(shù)(ASE)達(dá)到最大值，為47.8%；與素材相比，改性材尺寸穩(wěn)定性能有明顯提升。

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(文字編校：唐效蓉)

Researchondimensionalstabilityoftreatedpoplarwood

LI Zhigao, WANG Yong, CHEN Zejun*, MA Fang, FAN Youhua

(Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China)

The dimensional stability of treated poplar wood with polyvinyl formal as the modifier was researched. The result showed that in different conditions, the radial, tangential, volumetric shrinkage rates of modified wood were decreased. From oven-dry state to water saturation state, the radial and volumetric swelling rates were obviously decreased when the modifier content reached at least 20% or above. At the same time, the tangential swelling rate was decreased not obviously. From air-dry state to water saturation state, the radial and tangential swelling inflation rates of modified wood were decreased. At the same time, as the rising content of modifier, the volumetric swelling inflation rates of modified wood were decreased. When the modifier content reached 30%, the volumetric swelling rate of treated wood was 6.85% that decreased by 5.54% compared with poplar wood. Water absorption ratio of treated wood decreased to 159%. ASE of modified wood could reach 47.8% as the increase of modifier content. Dimensional stability of modified wood was better than poplar wood.

poplar; modification; water absorption; ASE

2013 — 04 — 11

湖南省科技廳科技計劃項目(2012NK2002)；湖南省林產(chǎn)工業(yè)建設(shè)專項項目。

李志高(1968 — )，男，湖南省汨羅市人，助理研究員，主要從事木材加工研究工作。

* 為通訊作者。

S 781.7

A

1003 — 5710(2013)04 — 0044 — 04

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2013. 04. 011