蔣匯川 陸全濟(jì) 李 民 李冠君

(1中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部橡膠樹生物學(xué)與遺傳資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/國(guó)家重要熱帶作物工程技術(shù)研究中心橡膠分中心 海南海口571101)

橡膠樹（Hevea BrasiliensisMuell.Arg），大戟科橡膠樹屬植物，是我國(guó)熱帶地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物之一。2016年我國(guó)天然橡膠種植面積已超過(guò)117.73萬(wàn)hm2，更新面積2.5萬(wàn)hm2，更新后的橡膠樹木材又成為寶貴的木材資源。據(jù)估算，我國(guó)每年更新的橡膠樹原木超過(guò)200萬(wàn)m3，橡膠樹木材已成為我國(guó)熱帶地區(qū)主要的人工林商品木材。

橡膠木材色澤淡雅、紋理均勻、密度和強(qiáng)度適中、加工和涂飾性能好，適宜制作家具、地板、室內(nèi)裝飾裝修材料和建筑模板。筆者所在研究團(tuán)隊(duì)致力于橡膠木高效增值利用研究，主要集中在橡膠木高溫?zé)岣男浴⒆枞继幚砗头栏烂辜夹g(shù)研究［1-7］。木材高溫?zé)岣男蕴幚砟芴岣吣静牡某叽绶€(wěn)定性、耐腐性能以及疏水性能。研究證實(shí)，木材表面的潤(rùn)濕性對(duì)木材的界面膠合質(zhì)量有重要的影響。潤(rùn)濕性是固體界面由固—?dú)饨缑孓D(zhuǎn)變?yōu)楣獭航缑娴默F(xiàn)象。木材的潤(rùn)濕性所表征的是液體與木材接觸時(shí)，液體在木材表面潤(rùn)濕、鋪展以及粘附的難易程度和效果，是持久膠合的必要條件，也是一種重要的界面特性［8］。根據(jù)國(guó)家《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016-2014）和《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50222-2017）等消防法規(guī)的要求，跟其他木質(zhì)材料一樣，橡膠木需要進(jìn)行阻燃處理才能廣泛用于家具制造、實(shí)木地板、裝飾裝修材料等領(lǐng)域。因此，研究阻燃橡膠木的表面潤(rùn)濕性顯得十分必要。本文采用不同阻燃劑對(duì)熱改性橡膠木進(jìn)行處理，對(duì)阻燃處理的熱改性橡膠木的表面潤(rùn)濕性進(jìn)行分析，主要通過(guò)表面接觸角的變化來(lái)說(shuō)明阻燃處理對(duì)熱改性橡膠木表面潤(rùn)濕性的影響，以期為橡膠木的高效增值利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)材料

試材采自海南省儋州市大成鎮(zhèn)安成村，34年生人工林橡膠樹木材(PR107)，試材采集、鋸解按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1927～1929-2009進(jìn)行。干燥至含水率為12%時(shí)，制成長(zhǎng)120 mm、寬10 mm、厚10 mm規(guī)格試件，鋸解前為雙面砂光。

1.1.2 儀器及試劑

試驗(yàn)型木材熱改性處理箱（0.3 m3，自制）；試驗(yàn)型木材浸漬處理罐(自制)；動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量?jī)x(德國(guó)KRUSS設(shè)備公司，DSA100）。

磷酸二氫銨（MAP），工業(yè)級(jí)；磷酸氫二銨（DAP），工業(yè)級(jí)；聚磷酸銨(APP)，工業(yè)級(jí)；硼酸（BA），工業(yè)級(jí)；硼砂（BX），工業(yè)級(jí)。

1.2 方法

1.2.1 橡膠木試樣熱改性處理［9-11］

熱處理工藝：采用芬蘭ThermoWood熱處理工藝。首先緩慢升溫至130℃，待木材含水率降至5%以下快速升溫至200℃并保持3 h。溫度升至130℃時(shí)通入過(guò)熱蒸汽作為保護(hù)氣體，改性結(jié)束后停止加熱，并適量通入冷卻水降溫，保持通入過(guò)熱蒸汽直到溫度降至130℃以下。

1.2.2 橡膠木的阻燃處理［9-11］

根據(jù)AWAP P50-2010《Standard for Fire Retardant FR-2》配比要求中的平均值配制P-N-B復(fù)合阻燃劑(20%，質(zhì)量分?jǐn)?shù))FRRW1、FRRW2和FRRW3，復(fù)合阻燃劑pH值分別為6.4、6.7和6.6。將配制好的復(fù)合阻燃劑溶液對(duì)炭化橡膠木進(jìn)行真空加壓浸漬處理。前真空度為0.08 MPa，處理時(shí)間為15 min，浸注壓力為1.0 MPa，浸注時(shí)間為30 min。

1.2.3 試樣調(diào)制

所有試樣在恒溫恒濕（20℃，65%RH）的環(huán)境中調(diào)制14 d，放置時(shí)上下表面懸空，均與大氣接觸。

1.2.4 橡膠木表面接觸角測(cè)試［12］

在恒溫恒濕(20℃，65%RH)條件下測(cè)試橡膠木的表面接觸角，測(cè)試介質(zhì)為蒸餾水，每個(gè)處理水平測(cè)試2個(gè)試樣，每個(gè)試樣重復(fù)測(cè)試2次。試驗(yàn)每次注射液滴3 μL，以液滴脫落針尖時(shí)計(jì)時(shí)，每80ms讀取一次液滴左右接觸角平均值，測(cè)試至30 s，共測(cè)試376個(gè)點(diǎn)。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件R 3.53和Origin 9.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

不同阻燃劑處理熱改性橡膠木的表面表面接觸角測(cè)試結(jié)果見圖1。圖中的每條曲線代表一個(gè)測(cè)試點(diǎn)的變化。由于橡膠木的表面是親水的，從圖1可以看到，當(dāng)蒸餾水滴至木材表面后，接觸角一直下降。對(duì)阻燃熱改性橡膠木而言，5 s以后木材表面接觸角的平均值在30°(FRRW2為31.10°)以下，與初始值相比較，不同阻燃劑處理的木材表面接觸角分別下降51.08°、43.08°、57.30°，平均下降50.49°(表1)。未處理和處理橡膠木表面接觸角均在10 s內(nèi)曲線驟然下降后趨于平緩。未處理與阻燃熱改性橡膠木的表面接觸角變化趨勢(shì)是一致的。由方差分析(表2)和圖2可知，阻燃處理對(duì)熱改性橡膠木的表面接觸角的大小有顯著影響，但不同阻燃劑處理對(duì)橡膠木表面接觸角無(wú)顯著影響，接觸角大小比較接近，并無(wú)明顯的增大或減少，這說(shuō)明不同阻燃劑處理并沒(méi)有影響熱改性橡膠木的表面接觸角的變化。

3 討論與結(jié)論

木材的潤(rùn)濕性是指液體(水、膠粘劑、涂料等)與其接觸時(shí)，在其表面潤(rùn)濕、流展以及黏附的性能。潤(rùn)濕性的大小是以液滴在木材表面上形成的接觸角(θ)或接觸角的余弦(cosθ)的大小來(lái)表征。接觸角越大，表明木材的表面潤(rùn)濕性越差。潤(rùn)濕性是木質(zhì)材料的一項(xiàng)重要性質(zhì)，潤(rùn)濕性的高低對(duì)木材的膠合、涂飾、改性處理等有重要影響。研究已證實(shí)，高溫?zé)岣男蕴幚砟軌蛱岣吣静牡氖杷阅?，熱改性木材的?rùn)濕能力降低［13-14］。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用磷氮硼復(fù)合阻燃劑對(duì)熱改性橡膠木進(jìn)行浸漬阻燃處理，可以改善橡膠木表面的潤(rùn)濕性，不同阻燃劑之間并沒(méi)有呈現(xiàn)出顯著差異。由于硼酸/硼砂、磷酸二氫銨和磷酸氫二銨等無(wú)機(jī)阻燃劑的吸水特性，使用硼酸/硼砂、磷酸二氫銨和磷酸氫二銨處理過(guò)的木材或單板的表面接觸角減少，其潤(rùn)濕性提高［15］。添加硼酸鋅、聚磷酸銨、氫氧化鎂等阻燃劑的木塑復(fù)合材也得到類似的結(jié)果［16］。韋鵬練等［17-18］在以磷酸氫二銨和氫氧化鋁復(fù)合處理桉木膠合板的表面潤(rùn)濕性(接觸角)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)阻燃處理提高了單板的潤(rùn)濕性。

圖1 動(dòng)態(tài)接觸角變化曲線

表1 不同測(cè)試時(shí)間下阻燃熱改性橡膠木表面接觸角均值單位：°

表2 方差分析結(jié)果

文獻(xiàn)及試驗(yàn)結(jié)果表明，磷氮類復(fù)合阻燃劑可以改善木材的表面潤(rùn)濕性。阻燃熱改性橡膠木表面潤(rùn)濕性的增大，有利于膠粘劑、涂料、改性劑在木材表面的滲透和擴(kuò)散。未處理與阻燃處理熱改性橡膠木的接觸角存在顯著差異，而不同阻燃劑處理之間差異并不明顯。阻燃處理可以提高熱改性橡膠木的表面潤(rùn)濕性能，在使用阻燃熱改性橡膠木制作家具、木地板和表面裝飾單板時(shí)，能改善其膠合性能和涂飾性能，有利于保證其膠合質(zhì)量和使用壽命。

圖2 不同測(cè)試時(shí)間下阻燃熱改性橡膠木表面接觸角