糠醇樹脂改性對(duì)橡膠木的影響研究

程若愚 吳繼水 孫濤

摘要：? 采用滿細(xì)胞法對(duì)云南景洪地區(qū)橡膠木進(jìn)行4種濃度的糠醇溶液浸漬處理，對(duì)改性材增重率、顏色、吸濕性、表面硬度進(jìn)行測定與分析的結(jié)果表明：糠醇溶液濃度越高，改性材增重率越高，材色則越深，表面硬度的提升越顯著、吸濕性顯著降低。

關(guān)鍵詞：? 糠醇;? 改性;? 吸濕性;? 橡膠木

中圖分類號(hào)：? ?S 781. 7? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1001 - 9499（2021）03 - 0024 - 03

橡膠木（Hevea brasiliensi）是云南地區(qū)的主要商品材樹種，但其生物耐久性差、尺寸穩(wěn)定性低、且易變色、有蟲蛀及腐朽等缺陷，故對(duì)其進(jìn)行改性處理。過去常采用有毒化學(xué)藥劑進(jìn)行處理，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境，并限制了產(chǎn)品的使用范圍，而糠醇樹脂的原料來源于生物質(zhì)，且在生產(chǎn)、使用和廢棄過程中對(duì)環(huán)境友好，故對(duì)生態(tài)環(huán)境幾乎無影響?？反紭渲男允菍⒖反己推渌镔|(zhì)制成的溶液通過真空加壓的方式注入木材內(nèi)部，而后在加熱的條件下，糠醇通過催化劑在木材內(nèi)部固化聚合，粘附于木材細(xì)胞腔與細(xì)胞壁，形成穩(wěn)定化合物的過程，能顯著改善木材生物耐久性、尺寸穩(wěn)定性、吸濕吸水性、表面硬度等[ 1 - 5 ]，橡膠木的糠醇樹脂改性技術(shù)將是一個(gè)具有重要實(shí)用價(jià)值的技術(shù)研究。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

橡膠木采自云南景洪，工廠合作提供，尺寸：2 000 mm（長）×75 mm（寬）×20 mm（厚），含水率為8%～12%，選取無蟲眼、結(jié)疤等缺陷的橡膠木板，加工成規(guī)格為50 mm×50 mm×20 mm的試件，其中徑切板與弦切板各25塊，共計(jì)50塊。

浸漬溶液：糠醇溶液（主劑），化學(xué)純，上海金山亭新化工試劑廠提供，該溶液為淡黃色液體，分子量為98.10，易溶于水，但在水中不穩(wěn)定，暴露在空氣中會(huì)變成暗紅色。馬來酸酐（催化劑），分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供;硼砂（穩(wěn)定劑），分析純，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司提供。配制糠醇質(zhì)量濃度分別為80%、60%、40%、20%的浸漬液備用。

1. 2 試驗(yàn)設(shè)備

浸漬罐：尺寸為φ250 mm×420 mm（內(nèi)直徑×深度），耐壓上限0.8MPa，半自動(dòng)控制高溫干燥箱，全自動(dòng)色差計(jì)，恒溫恒濕箱，稱量天平。

1. 3 試驗(yàn)方法

1. 3. 1 糠醇化改性工藝

糠醇溶液（FA）的配制：主劑與催化劑的質(zhì)量比為1∶0.04，穩(wěn)定劑質(zhì)量為主劑的1%。浸漬工藝采用抽真空—加壓—抽真空的滿細(xì)胞法，第1次抽真空時(shí)間為30 min，壓力為0.04 MPa，加壓時(shí)間為3 h，壓力1.0 MPa;第2次抽真空時(shí)間為15 min，壓力也為0.04 MPa，浸漬結(jié)束后再將試件置于糠醇溶液中浸泡12 h，然后用塑料薄膜包裹糠醇溶液浸漬試件，置于室內(nèi)2周，最后在干燥箱中梯度升溫烘至糠醇完全固化。

1. 3. 2 改性材測量

表面材色測量采用SC-80C全自動(dòng)色差計(jì)，以CIE的 L*a*b*均勻色度學(xué)空間表色系統(tǒng)度量材色變化，其中L*指明度;a*指紅綠軸色品指數(shù);b*指黃藍(lán)軸色品指數(shù);ΔL*、Δa*、Δb*分別表示為涂飾前后改性試件的明度、紅綠軸色品指數(shù)、黃藍(lán)軸色品指數(shù)差;α、β、θ分別表示為涂飾前后改性試件明度、紅綠軸色品指數(shù)、黃藍(lán)軸色品指數(shù)的變化率（%），ΔE*為涂飾前后改性試件的總體色差，每個(gè)試件測20個(gè)點(diǎn)，取其平均值作為測量值;

改性材增重率 WPG 計(jì)算公式如下：

式中，M0為浸漬固化后試材的全干重量，m0為浸漬前試材的全干重量g。

2 結(jié)果與分析

2. 1 增重率及其影響因素

改性橡膠木的增重率受FA濃度影響明顯（表1），高濃度處理的試件WPG變異性增大;弦切板的WPG大于徑切板;低FA濃度時(shí)并不明顯，而對(duì)于高糠醇溶液濃度，如80%浸漬液濃度時(shí)，差時(shí)接近90%。

表1 糠醇濃度對(duì)WPG的影響

揮發(fā)率隨FA濃度的增加而減?。▓D1），20%FA濃度時(shí)揮發(fā)率高達(dá)60%以上，80%濃度時(shí)揮發(fā)率下降至不足30%。

2. 2 材 性

由橡膠木糠醇改性材及對(duì)照材的材性（表2）可知：糠醇改性后木材密度增加，吸濕性下降，徑面和弦面硬度均增加;在色度指標(biāo)中，明度下降明顯，而紅綠度和黃藍(lán)度變化不太明顯;絕干密度的增加與FA濃度關(guān)系明顯，80%FA和60%FA濃度浸漬時(shí)增加明顯，分別為42.6%和27.9%，但增加幅度均小于相應(yīng)的增重率，推測認(rèn)為主要是滲入細(xì)胞壁中的糠醇固化后，形成的樹脂對(duì)胞壁充漲作用所影響;吸濕MC的降低與前人研究結(jié)果一致，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)60%濃度與80%濃度的FA浸漬時(shí)其吸濕性相比差別不大，其原因是高WPG時(shí)糠醇分子對(duì)胞壁改性的有效性下降。（因?yàn)樵絹碓蕉嗟目反紭渲瑢⒊练e固化于細(xì)胞腔從而對(duì)吸濕性的改善作用不大）;糠醇浸漬改性明顯提高木材的表面硬度，F(xiàn)A浸漬液濃度越高，硬度提升幅度越大，相比之下，徑面的提升幅度明顯大于弦面的，使得二者的差異由對(duì)照材的8%增加到80%FA浸漬時(shí)的32%;材色明度受FA濃度的影響最明顯，隨著FA濃度的增加呈線性下降?？傮w來講，低濃度處理材顏色偏向紅色、黃色，高濃度時(shí)則偏向黑色，因此糠醇改性能賦予橡膠木酷似熱帶硬闊葉材的材色。

色差隨著WPG的增加而增大（圖2），試驗(yàn)范圍內(nèi)，二者關(guān)系可用y=-0.006x2 + 0.894x + 6來表述，決定系數(shù)R2為0.854，但當(dāng)WPG高于60%后改性前后色差減小，這是由于糠醇樹脂為黑色，因此其量到達(dá)一定值之后，變化不可能太明顯。

2. 3 材性與工藝參數(shù)相關(guān)性分析

絕干密度與WPG和色差均較好的相關(guān)性，二者之間差別不明顯（圖3），表明用色差可以很好地指示密度這一重要基礎(chǔ)材性指標(biāo)的變化。

色差指示硬度變化同樣具有較好的相關(guān)性（圖4），但對(duì)徑面硬度略高于對(duì)弦面硬度的指示性。

雖然吸濕MC與WPG和色差均較好的相關(guān)性，但二者之間存在明顯的差別（圖5）， 50%以上時(shí)，吸濕含水率受WPG的影響不明顯。

色差與糠醇改性材的性質(zhì)變化具有較好的關(guān)聯(lián)度（表3），而且操作便利，因此可以作為改性程度的指示度。

3 結(jié) 論

3. 1 糠醇改性材的WPG受FA濃度、板材類型和固化干燥工藝影響明顯。FA濃度越高，WPG越高，弦切板的WPG高于徑切板的。

3. 2 糠醇改性可以顯著提高密度和表面硬度、降低吸濕性，并賦予木材酷似熱帶硬闊葉材的材色。

3. 3 色差與橡膠木糠醇改性材的性質(zhì)變化具有較好的相關(guān)性，生產(chǎn)中可用其作為改性材物理力學(xué)性質(zhì)變化的指示指標(biāo)。

3. 4 不同濃度下，浸漬進(jìn)去的FA溶液會(huì)大量揮發(fā)，F(xiàn)A濃度越低，揮發(fā)比例越高。

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第1作者簡介：? 程若愚（1991-），? 男，? 碩士，? 助教，? 主要從事木材改性研究。

收稿日期： 2021 - 01 -? 30

（責(zé)任編輯：? ?李 丹）