塔斯马尼亚橡木吸着水的低温相变化研究
摘要：为对树木吸着水存在状态转变及含量进行研究，采用差示扫描量热仪( DSC 205)对塔斯马尼亚木材试样分别进行降温 ( 10到－50 ℃ )和升温(－50 ℃到10 ℃ )扫描测试，通过 DSC 曲线观察木材中水分冻结和融化所产生的放热峰和吸热峰位置，并采用积分法计算吸热峰面积，估计木材中吸着水存在状态转变的条件。吸着水是借分子间力被吸引到木材微晶表面和无定形区域纤维素链分子游离的羟基上,并以氢键相互吸引的水。吸着水与木材结合的氢键力很大，不同树种的吸着水最大含量不同，木材吸着水对材料的力学湿胀等性质影响很大。
关键词：相变 木材 吸着水 差示量热扫描仪
【Abstract】In order to study the changes in the existing state and content of water absorbed by trees, a differential scanning calorimeter (DSC 205) was used to scan Tasmanian wood samples at temperature (10 to -50) and temperature (-50 to 10) respectively.The positions of exothermic and endothermic peaks，which were shown on the DSC curves，caused by freezing and melting of water in wood were located，and the areas of endothermic peaks were measured by using an integration method，then the states of water and its fraction in frozen wood were evaluated．The absorbing water is attracted to the hydroxyl group of the cellulose chain molecules on the surface of the wood microcrystalline and amorphous region by the intermolecular force, and is attracted to each other by hydrogen bonds.The hydrogen bond between wood and water absorption is very strong, and the maximum water absorption content of different tree species is different. The water absorption of wood has a great influence on the mechanical properties of materials such as wet swelling.
【Key words】phase change, wood, absorbed water,differential calorimetry scanner
引言：
我国森林资源保护和发展问题十分严峻，从构建和谐社会、统筹人与自然和谐来看，我国森林资源状况难以适应陆地生态系统主体作用的要求。我国是全球木材第二大消耗国和第一大木材进口国，面对我国巨大的木材需求量，对外来木材进行系统的研究有利于提高木材利用率。塔斯马尼亚桉木纹理清晰，稳定性好，是一种性质温和，密度高，有弹性的硬木。与其他橡木相比，有着质地硬，不易开裂的优良特性，非常容易加工成精美的制品，是理想的高端家具原材，具有相当的研究价值。相变是物质从一种相转变为另一种相的过程。对吸着水进行相变研究，需将试件快速冷却再相对缓慢升温，得到吸着水的融化曲线，测量出熔点。所谓差示量热扫描法，就是用差示量热扫描仪对木材内的水分进行热扫描，测量出吸着水的融化曲线，得到熔点和一系列的热力学性质。为提高木材利用率提供理论依据。
- 国内外研究概况
由已查阅的文献期刊和图书中可以看出国内外对塔斯马尼亚橡木吸着水的低温相变过程研究较少。在《林业科学》期刊中徐华东、王立海已有针对用差示量热法对对冻结材（红松、大青杨）自由水和吸着水存在状态的研究[7]。该研究中通过图像分析成功得出了不同含水率条件下两种木材中水分冻结和融化的温度。Samuel 等得出木材中冻结水的检测可能更多地取决于样品的制备，而不是细胞壁组分的化学性质[11]。
图1：在低水分含量时，水冻结时不存在放热现象，Nakamura等人推断这种水以传统的结合水的形式存在。随着含水率上升,温度上升，可以观察到冻结温度峰值(II)。在高含水率条件下,热事件发生在水的冻结温度点,并且热事件与自由水相关。Nakamura等人将与峰II相关的水称为“可冻结合水”。
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