硅溶胶改性热处理材性能研究文献综述

 2022-08-10 02:08

0.引言:

木质材料是一种绿色、天然、可再生的自然资源,是一种在建筑业、制造业、家具业等生产部门都具有诸多用途的原材料,在人类的生产生活以及社会生产中起着重要的作用。与当今社会四大材料(钢材、水泥、木材、塑料)中的其他三种相比木材因其本身所具有的独特性质深受人们的喜爱,但木材作为一种天然生物质原料,本身也存在诸多缺陷,这些缺陷严重影响着人们对木质材料的使用。

中国是一个地域广袤,人口众多,但森林资源较为匮乏的国家,虽然我国的森林资源在不断增加,但人均森林占有面积依旧远低于世界平均水平。而我国的建筑业、家具业等部门消耗的木材量又及其巨大且利用率较低。因此木材资源的紧缺和伴随着社会发展人们对木材需求量的增加使提高木制资源利用率,扩展木材使用范围等问题已经日趋紧要。因此木材改性技术应运而生,木材改性技术是对木材进行功能性改良,缓解木材供需矛盾的有效手段,也是综合改善环境中的一环。

1.木材构造与化学特性

作为一种工程材料,木材具有重量轻,强重比高,弹性好,耐冲击,纹理色调丰富美观,加工容易等优点,自古至今都被列为重要的原材料。但木材也具有一些限制其应用的缺陷,例如:会产生腐朽、干缩湿胀(各向干缩性不同)、尺寸稳定性不佳等。干缩湿胀即木材在吸水时会发生膨胀,干燥失水时会发生收缩,这种特性再加上木材各向的干缩率不同导致了木材在使用过程中经常会出现开裂变形等问题。

这些缺陷都是由木材的构造和化学组成造成的。所有树木都具有层状结构,宏观上看木材是由一层层相互包裹着的不同部分组成的,每一层的特性都有差别,微观上看,组成木材的细胞同样具有层次结构,细胞壁的形态结构则决定着组织的性能。木材细胞的化学组成主要包括三种物质:纤维素,半纤维素和木质素。这三种物质都具有羟基(—OH),羟基是一种亲水基团,因此木材吸湿时,水分子与三种组分上的羟基相结合,使细胞壁的空间被扩张,导致了木材的膨胀,即木材的湿胀现象[15]。纤维素是细胞壁的主要组成成分,它是由葡萄糖单元组成,不溶于一般的有机溶剂,不溶于一般的稀酸、稀碱。半纤维素也是由葡萄糖单元组成,它是存在于植物细胞壁中的一类不同于纤维素的低聚糖的总称,其中大多数不溶于水而溶于碱液,遇酸水解。木质素在细胞壁中起着连接细胞和强化植物组织的作用,一般不会被水解。同时这三者也是一些真菌(白腐菌、褐腐菌等)的食物,导致了木材腐朽的缺陷。这三者的组成、结构和性质以及它们之间的相互关系,决定了木材的各种性质[2]

2.热处理改性及其处理材性能

2.1木材热处理概述

因为木材本身存在的一些缺陷,其需要进行改性之后才利于使用,热处理就是目前较为为常见的一种绿色环保的木材加工改性技术。木材热处理是以水蒸气、惰性气体或空气、热油或水等为传热介质,在160~250℃的高温条件下对木材进行处理使得木材组分发生物理变化和化学变化,除去或缓和木材内的生长应力和干燥应力,是改善木材理化性能的有效方法之一,可以提高木材的尺寸稳定性,显著改良木材吸湿性大、尺寸稳定性差和耐久性不佳等固有缺陷,从而制成性能优良、颜色美观且环境友好的木制产品,但是热处理会导致木材产生力学强度降低、重量减轻等缺陷[1]。因此已有许多学者对其进行深入研究与探讨,但目前我国对热处理工艺的研究进展并不是非常多。

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