紫光檀蒸汽热处理-煮蜡改性工艺研究文献综述

 2022-07-24 12:07

  1. 国内外文献热处理对木材材性及机理的研究

经过木材科学工作者们的研究,当前的热处理方法比刚开始发展起来的热处理方法要复杂得多 ,其内涵要深刻得多。从广义上来说,热处理木材是指依据原材料类型及最终产品的性能要求,通过一定的介质将热作用于木材 (必要时可辅以压力),同时为了某些特定的需要可施加必要的化学物质与木材发生一定的化学反应,从而制得符合性能要求的产品[1]

自古以来,我国有直接用明火喷烤木材表面来进行表面炭化处理的方法,而北欧的海盗们早在八世纪到十世纪也用这种方法处理木材,并且将其应用于户外的篱笆围栏上。该方法只对制品的表层进行炭化处理,制品内外炭化程度差异大,表面炭化也因炭化时间、强度不一致而造成炭化均匀性差,也没有从根本上解决木材的耐候性、耐腐性、尺寸稳定性等问题[2]

热处理的研究开始于20世纪的初期,最早关于热处理的文章出现于20世纪20年代。Tiemann(1920)利用高温窑干来降低木材的吸湿性及干缩湿胀性。 Stamm和Hanson(1937)研究了热处理木材的膨胀和收缩性,结果表明木材进行热处理后,吸湿性明显降低,他认为这是由于在高温下半纤维素会水解为吸湿性低的糠醛。同时,在空气中处理的木材强度降低的比在屏蔽气体中处理要多。1946 年Stamm和Burr(1946)等人第一次对用金属浴法处理木材以提高其耐腐性进行了系统的尝试,得出木材强度随着耐久性和尺寸稳定性的提高而降低的结论。

最近二三十年,各国木材科学家也没有间断对木材热处理的研究,主要的研究焦点是:木材各组分的化学变化、改善尺寸稳定性、提高耐久性和物理力学性能。赵广杰(1997)等对热处理木材细胞壁中的水分吸着环境,即由半纤维素和木素组成的无定形区构造的变化进行研究,通过对未处理及150℃、 180℃、230℃处理云杉材在温度为 20℃和 50℃时的水分吸着等温线的测定,通过分析得出:与未处理木材相比,热处理木材的水分吸着机构发生变化,即第一层吸着和第二层吸着不具有时间上的重叠性;随着热处理温度的升高,水分吸着量减少, 这是由于吸湿性的半纤维素发生变化而致;水分子与木材分子之间形成的氢键结合数量上的减少[3]。王洁瑛(2001)等研究了热处理过程中的木材的颜色变化[4] ,结果表明,在相同条件下,随着热处理时间延长,木材明度减小,色差增大;空气介质中热处理和真空中热处理相比,在处理温度和时间相同的情况下,前一种方法处理后的试材明度更小,色差更大,同时红外吸收光谱表明,在热处理过程中波数在1743cm-1、1660cm-1和1605cm-1附近的羰基 (C=O)峰的变化趋势最为明显,说明在热处理固定杉木压缩木材的过程中,至少半纤维素,甚至木素发生了化学变化。栗山旭等的研究表明:在200℃左右高温下,木材成分,特别是半纤维素会发生降解,木素和纤维素也会发生一些化学变化。

WahyuDwianto推测压缩变形由于热处理而固定的原因是木材的吸湿性下降,伴随成分分解引起的回复力的松弛或分子之间形成交联。他认为纤维素的结晶度增大不会是主要的原因,因为当压缩变形完全固定时,木材的 MOE和MOR显著下降。WahyuDwianto还指出:木材在压缩前进行热处理对固定的效果不及压缩后的热处理。

在欧洲,热处理工艺比较成熟,在生产实际中也得到了应用。现在很多国家对于进口货物的包装箱板等都有明确的热处理要求。

热处理木材的特性及释因:

(1)改善尺寸稳定性

热处理能够提高木材的尺寸稳定性,除去或缓和木材内的生长应力和干燥应力,永久固定木材变定。木材热处理后尺寸稳定性心头的机理,主要是半纤维素, 特别是多糖醛苷产生化学变化,变成吸湿性弱的单体;此外热处理能使纤维素分子链内羟基相互结合而构成氢键[5] 。Guyonnet和Tji-erdsma等,认为热处理时在木材有机酸和木素的(phenolu-nits)分解过程中增强了横向交联反应。这种交联作用可以用浓NaOH溶液来检验,如果处理材中形成了大量的横向的交联的话,在浓NaOH溶液中的膨胀明显小于未处理材,这是由于NaOH溶液不能有破坏这种交联。D-Yakonov-KF对松木(Pinus)研究表明,处理温度越高,处理时间越长,吸湿性能越好。

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