聚乙二醇和高溫熱處理復合改性對楊木吸水性的影響

第40卷第2期林業(yè)機械與木工設備Vol 40 No.22012年2月FORESTRY MACHINERY & WOODWORKING EQUIPMENTFeb. 2012試驗與研究聚乙二醇和高溫熱處理復合改性對楊術(shù)吸水性的影響徐煒玥，朱愿，歐陽(yáng)靚，曹金珍*(北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,北京100083)摘要:木材易吸水、尺寸穩定性差 等缺陷嚴重限制了其應用,通過(guò)聚乙二醇浸漬、熱處理改性可以改善這些不足。通過(guò)采用3種不同分子量的聚乙二醇(PEG1000、PEG2000、PEG4000)對楊木進(jìn)行預處理,然后在不同溫度條件下( 120C、1409C、160C、180C、2009C)進(jìn)行熱處理,研究不同條件復合處理對楊木試材吸水性的影響。試驗表明，熱處理可以改善試件初期的吸水性能,PEG浸漬處理則能抑制試件長(cháng)期吸水，通過(guò)復合改性處理可以達到同時(shí)控制試件短期和長(cháng)期水分吸收的目的。關(guān)鍵詞:熱處理;聚乙二醇;吸水性能中圖分類(lèi)號:S781.43文獻標識碼:A.‘文章編號 :2095- -2953(2012)02-0023- -04The Effect of Polyethylene Glycol( PEG ) and Compound Modification throughHigh Temperature Treatment on Water Absorption of PoplarXU Wei- yue, ZHU Yuan, OUYANG Liang，CAO Jin- azhen*(College of Material Science and Technology, Beijing Forestry University, Beijig 100083, China)Abstract: The high water absorption and poor dimension stability of wood limit its application strongly. Impregnated withpolyethylene glycol and modified by heat treatment, such insufficiencies can be improved. Poplar is pretreated withpolyethylene glycol with three diferent molecular weights(PEG1000, PEC2000 ,PEC4000), followed by the heat treatment atfive temperatures ( 120C , 1409, 1609C,1809C ,200C), to study the efect of the treatment under different compoundconditions on the water absorption of poplar test pieces. The experiment shows that heat treatment can improve the waterabsorption ability of poplar test pieces at the initial stage, and that PEG impregnation can inhibit the long -term waterabsorption of poplar test pieces. Through the compound modification treatment, the purpose of controlling short -term andlong-term water absorption at the same time can be achieved.Key words :heat treatment; polyethylene glycol(PEG ); water absorption木材是- -種天然高分子材料,具有強重比高、色澤天寸穩定性,但會(huì )對環(huán)境產(chǎn)生不利影響;二是高溫熱處然和易加工等特性,因此被廣泛應用。但木材也存在易吸理,這種方法能有效降低木材吸濕性1I-3] ,提高其尺寸穩水吸濕、尺寸穩定性差及易被菌類(lèi)和蟲(chóng)蟻等侵害的缺陷。定性4+6和耐久性",不污染環(huán)境,廢棄后處理也方便,尤其是對戶(hù)外用材，提高其尺寸穩定性可以延長(cháng)使用壽是-項很有發(fā)展潛力的木材保護技術(shù)。吸水性和吸濕性命、拓寬應用范圍,所以需要對木材進(jìn)行改性處理。是兩個(gè)不同的概念，雖然高溫熱處理對木材吸濕性的傳統的改性處理方法有兩種,一是浸漬防腐劑樹(shù)影響已有定論,但對木材吸水性的影響至今仍有爭議。脂等物質(zhì)，這種方法雖然能有效提高木材耐久性及尺有研究認為VH]中國煤化 千木材吸水率14-0),但Kortelaine收稿日期:2011-10-17CN MH C進(jìn)行170-230C基金項目:國家林業(yè)局“948”項目(2011-4-05)熱處理后進(jìn)行的吸小任風(fēng)擔農明，然處理后歐洲赤松*通訊作者:曹金珍,北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院心邊材吸水性增加，而挪威云杉吸水性則隨熱處理溫教授,博士生導師度的增加而減少?？傮w來(lái)說(shuō),國內外對熱處理木材吸水24林業(yè)機械與木工設備第40卷性能的研究較少，尤其是針對長(cháng)時(shí)間吸水性的研究尚200心C熱處理，處理時(shí)間均為4h。熱處理后再次放入屬空白。對戶(hù)外用材來(lái)說(shuō),由于水分含量將直接影響到60噸千燥箱中干燥至質(zhì)量恒定后稱(chēng)重。木材的腐朽過(guò)程，因此長(cháng)時(shí)間的吸水性對戶(hù)外用材的對照組熱處理質(zhì)量損失率的計算公式為:使用效果影響很大。Hg=(mr -mo)/mox100%(2)聚乙二醇(Polyethylene Clycol 或PEG)使用安全,浸漬組熱處理質(zhì)量損失率的計算公式為:是一種常用的木材尺寸穩定劑,作用相當于潤脹劑,其H,=(m- -m)/m,x100%滲人到木材細胞壁后置換出水分使木材細胞壁永久處式中:H、Hp分別為對照組和浸漬組熱處理質(zhì)量損失于膨脹狀態(tài)而不再收縮，從而有效地改善了木材的尺率(% );m2為熱處理后60C恒重質(zhì)量(g)。寸穩定性(12-14)。本研究旨在通過(guò)PEG浸漬和熱處理相1.2.3吸水性試驗結合的方式，考察兩種方法復合處理對木材吸水性的影響。吸水性試驗根據GB/T 1934.1-2009《木材吸水性測測試在不同條件下進(jìn)行復合處理的楊木試材在不定方法》進(jìn)行,每個(gè)條件重復做5次(5個(gè)試件)。同時(shí)間的吸水率，探討經(jīng)過(guò)不同溫度熱處理試材的長(cháng)2試驗結果與討論時(shí)間吸水性，并考察聚乙二醇和高溫熱處理復合改性對試材長(cháng)時(shí)間吸水性的影響。研究結果對提高高溫熱2.1熱處理木材的吸水性處理木材的戶(hù)外使用性能具有重要意義。2.1.1熱處理木材的質(zhì)量損失率變化1試驗材料與方法熱處理后木材質(zhì)量損失率見(jiàn)表1。由表1可知,隨著(zhù)1.1試驗材料處理溫度的增加,木材質(zhì)量損失率也增加。在1609以下試材采用大興安嶺的青楊(Populus cathayana Rehd.)時(shí)損失率增加不明顯,均低于1%;當溫度達到180C以邊材，平均年輪寬度2.35mm,尺寸為20mmx20mmx上時(shí) ,質(zhì)量損失率明顯增加。浸潰PEG的試件,在高溫條20mm。試材表面無(wú)開(kāi)裂、腐朽、節疤等可視缺陷。件下,隨著(zhù)浸漬的PEG分子量增加,質(zhì)量損失率減少。浸漬用聚乙二醇1000(PEG1000)、聚乙二醇2000表1不同熱處理溫度下試材的質(zhì)損失率(PEG2000)和聚乙二醇4000(PEG4000) ,其均由西隴化質(zhì)量變化率1%熱處理溫度/C工股份有限公司生產(chǎn)。對照組PEC1000 PEG2000 PEC40001200.140.090.001.2試驗方法400.440.20.180.241600.620.30.280.391.2.1 PEG 預處理801.601.11.092003.683.162.94先分別用不同分子量PEG浸漬試材，采用先真空后加壓的方法浸潰。分別配制20%(m/m)的PEG水溶2.1.2 熱處理木材的吸水率變化液。將試材60C恒重后放人處理罐中,抽真空使氣壓達到-0.1MPa,保持真空30min后恢復常壓。利用液壓將不同熱處理溫度下，試材的吸水率隨時(shí)間變化如PEG水溶液引人處理罐,并使壓力達到2MPa,在這種圖1所示。由圖1可知,初期熱處理溫度高的試件吸水條件下保持2h。浸漬完成后取出試件,氣干后再在干燥率明顯偏低。在前8天的試驗中，熱處理溫度為180%C箱中60吣恒重;另有一組不進(jìn)行浸漬處理,只進(jìn)行609和200C的試件,吸水率遠遠低于其他幾個(gè)熱處理溫度恒重作為對照組。及未經(jīng)過(guò)熱處理的試件。但隨時(shí)間推移,從第8天開(kāi)增重率的計算公式為:w=(m- -mo)/mx100%(1)口contr式中:W為增重率(% );m;為浸漬后60C恒重質(zhì)量(g);.140Cmo為未浸漬時(shí)60C恒重質(zhì)量(g)。首100中國煤化工.160個(gè)。2001.2.2熱處理CNMHGYH8 1624324048 56將經(jīng)PEG預處理及對照組的試件用錫箔紙包好,吸水實(shí)驗天數d放入干燥箱中分別進(jìn)行120C、140C、160C、180個(gè)C和圖1不同熱處理溫度 下試材吸水率隨時(shí)間的變化第2期徐煒玥，等:聚乙二醇和高溫熱處理復合改性對楊木吸水性的影響25始,熱處理溫度高的試件吸水率增加迅速,最后達到與不同條件下復合改性材的質(zhì)量變化率見(jiàn)表3。未處理材的吸水率致,即經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間浸泡在水中后,表3不同條件下復合改性材的質(zhì)變化率熱處理木材和未處理木材的吸水率沒(méi)有明顯區別。質(zhì)量變化率1%Temiz等人(8)曾對木材進(jìn)行240C熱處理后又進(jìn)行熱處理溫度19C對照組PEG1000 PEG2000 PEG4000了長(cháng)達14天的吸水性實(shí)驗,并在第1~4天以及第7.8、對照組38.2530.6034.7010、11、14天分別測量其吸水率，結果也表明在最初吸1200.1434.3536.6937.13水試驗時(shí)熱處理材吸水率低，遠遠小于未處理材。第11435.7336.63天,對照組和試驗組分別為62.2%及24.7%;而隨著(zhù)時(shí)1600.6241.3935.6031.561.6037.5335.9337.98間推移兩者差距逐漸減小，到第14天,對照組為90.6%2003.5334.3031.8135.66而試驗組為79.4% ,與本試驗結果基本- -致。2.3.2 PEG 處理與熱處理復合改性材的吸水率變化2.2 PEG 處理木材的吸水性圖3所示為三種PEG浸漬處理與熱處理復合改性2.2.1 PEG 處理木材的增重率變化材的吸水率隨時(shí)間的變化。在三種不同PEG分子量條各分子量PEG浸漬木材的增重率見(jiàn)表2，三種分件下，吸水試驗進(jìn)行的初期，經(jīng)過(guò)較高溫度熱處理子量的PEG浸漬木材后,PEG1000略高于其他兩種。(180C、200C)的試件吸水率明顯低于其他幾組,因此可以推斷出熱處理在吸水初期對PEG預處理材的吸水表2不同分子t PEG處理后木材的增重率率有明顯的抑制作用,且溫度越高吸水率越低。但隨著(zhù)分子量增重率1%吸水時(shí)間的延長(cháng),熱處理的效果越來(lái)越不明顯,不同處PEG100038.36理溫度的PEG預處理試材與未經(jīng)熱處理的PEG預處PEG200035.77理材的吸水率逐漸接近，甚至有個(gè)別的溫度條件下熱PEC400036.64處理材的吸水率反而略高于未經(jīng)過(guò)熱處理的PEG預處2.2.2 PEG 處理木材的吸水率變化160r不同分子量PEG處理材的吸水率隨時(shí)間的變化如。120望100-圖2所示。在實(shí)驗初期(0~1天), PEG處理材吸水率增80加速度明顯高于對照組。但隨著(zhù)試驗繼續進(jìn)行,對照組督60a 1809C國200C的吸水率明顯高于PEG處理材。從第2天開(kāi)始,PEG處理材吸水率增加緩慢,而對照組則是直至第32天還一0.25124816243240485吸水實(shí)驗天數/d直保持較高的增長(cháng)速度。說(shuō)明PEG預處理對試件的長(cháng)(a)PEG1000期吸水性能有很好的改善作用。2500 control患100博801140口control百60■PEG1000108 100■PEG2000■PEC4000o0.251248162432404856吸水實(shí)驗天數d(b)PEG2000圄2不同分子 t PEG處理試材吸水率隨時(shí)間的變化160-。12control同時(shí),比較不同分子量PEG處理材也不難發(fā)現,雖置10140C0一然吸水率略有不同，但總體都遠小于對照組,且各自差60從咖■160C口180C中國煤化工。200C別不明顯。" 0.25MHCNMHG48 562.3 PEG處理與熱處理復合改性材的吸水性(c)PEG40002.3.1 PEG 處理與熱處理復合改性材的質(zhì)量變化率圖3不同條件下復合改性材吸水率隨時(shí)間的變化26林業(yè)機械與木工設備第40卷理材。properties of beat treated Anatolina chestnut (Castanea Sativa通過(guò)比較可以看出:①雖然PEC浸漬預處理與熱Mill.) wood[J]. Wood Research, 2009, 54(2): 117-126.處理復合改性材在經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間吸水后,熱處理對其吸[5] Kaygin B, Gunduz G, Aydemir D. Some Physical Properties ofHeat- Treated Paulownia (Paulownia elongata) Wood [J]. Drying水率的改善作用不大，但由于PEG的作用吸水率明顯Technology, 2009, 27(1): 89 -93.降低。②經(jīng)過(guò)PEG浸漬預處理與熱處理復合改性材在6] Weiland J J, Guyonnet R. Study of chemical modifcations an初期可以通過(guò)熱處理控制水分吸收，再通過(guò)PEG控制fungi degradation of thermally modified wood using DRIFT長(cháng)期水分吸收，從而達到短期和長(cháng)期同時(shí)控制水分吸spectroscopy[J]. Holz als Roh- und Wekstff 2003.收的目的,以更好地控制吸水率。7] Hanger J, Huber H, Lackner R. Improving the natural durability ofheat-treated spruce, pine and beech [J]. Holzforsch Holzverwert3結論2002.[8] Temiz A, Terziev N, Jacobsen B, Eikenes M. Weahering, Water(1)高溫熱處理在短期內可以限制試材吸水,但長(cháng)Absorption, and Durability of Silicon, Acetylated, and Heat -時(shí)間浸泡后，熱處理木材和未處理木材的吸水率基本Treated Wood[J]. Jourmal of Applied Polymer Science, 2006.一致。9] Awoyemi L, Jones I P. Anatomical explanations for the changes in(2)與未處理材相比,PEG處理材的初期吸水率更properties of westerm red cedar (Thuja plicata) wood during heattreatment[J]. Wood Sci Technol, 2011.大,但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后其吸水率與未處理材相比增加[10] Kartal S N, Hwang w, Imamura Y. Water absorption of boron-緩慢,長(cháng)期吸水率則明顯低于未處理材。treated and heat- -modifed wood[J]. J Wood Sei, 2007.(3)熱處理可以改善試件初期的吸水性能,而PEG[11] Metsai - -Kortelainen s, Antikainen T, Vitanieni P. The water對試件的長(cháng)期吸水性能有很好的抑制作用，即對試件absorption of sapwood and heartwood of Scots pine and Norway先進(jìn)行PEG預處理后再進(jìn)行高溫熱處理，通過(guò)這一-復spruce heat- teated at 170C, 190C, 210Cand 2309C[J]. Holz合改性處理后可達到同時(shí)控制短期和長(cháng)期水分吸收的als Roh- und Werkstof, 2006.[12] Yamaguchi T, Ishimaru Y, Urakami H. Effectf temperature on目的。dimensional stability of wood with polyethylene glycol. I. Bulking參考文獻:flet [J] Mokuzai Gakkaishi/Jourmal of the Japan Wood[1] Borrega M, Karenampi P P. Hygroscopicity of heal-treated NorwayResearch Society, 1999, 45(6): 434 -440.spruce(Picea abies) wood [J]. Eur. J. Wood Prod, 2010.[13] Alma M H, Hafizoglu H , Maldas D. Dimensional stability of several[2] Gunduz G, Aydemir D. Some physical properties of heat -treatedwood species treated with vinyl monomers and polyethyleneHornbeam(Carpinus betulus L) wood[J]. Drying Technology, 2009,glycol -1000 [J]. Intenational Joumal of Polymeric Materials,27(5): 714- 720.1996, 32(1-4): 93- 99. .3] Teerdsma B F, Boonstra M, Pizi A, Tekely P, Militz H. Charaterisation[14] Persenaire 0, Alexandre M, Degee P, Dubois P. End -grainedof " thrmally modified wood: molecular rasons for woodwood. -polyurethane composites, 2: Dimensional stability andperformance improvementJ]. Holz als Roh- und Werkstoff 1998.mechanical propertiesJ]. Macromolecular Materials and[4] Gunduz G, Aydemir D, Kaygin B, Aytekin A. The efect of treatmentEngineering, 2004, 289( 10): 903- _909.time on dimensional stability moisture content and mechanical●信息速遞●百圣源集團兩產(chǎn)品通過(guò)省級鑒定2011年12月3日,由山東百圣源集團有限公司完成的自主創(chuàng )新項目“BQK1242/15數控液壓?jiǎn)慰ㄐ袡C”、“BXQ(J)1813數控無(wú)卡剪切一體機”通過(guò)省級鑒定。專(zhuān)家鑒定委員會(huì )認為:該項目的研發(fā)和生產(chǎn),可廣泛應用于規?；a(chǎn)膠合板、單板和貼面板生產(chǎn)線(xiàn),可替代同類(lèi)進(jìn)口產(chǎn)品,達到國際先進(jìn)水平,具有廣闊的市場(chǎng)前景。此次鑒定會(huì )由山東省科學(xué)技術(shù)廳組織相關(guān)專(zhuān)家,對該項目的產(chǎn)品圖樣技術(shù)文件、技術(shù)創(chuàng )新點(diǎn)、樣機的各項技術(shù)指標進(jìn)行檢測，并對該產(chǎn)品的市場(chǎng)前景進(jìn)行了全面評價(jià)。百圣源集團注重企業(yè)的技術(shù)創(chuàng )新和新產(chǎn)品研發(fā),使企業(yè)的自主創(chuàng )新能J中國煤化工生產(chǎn)新產(chǎn)品9個(gè),改進(jìn)老產(chǎn)品5個(gè)，獲得國家實(shí)用新型專(zhuān)利6項。新產(chǎn)品的不斷涌現為市場(chǎng)注入了CN MH G劫。產(chǎn)品榮獲中國機械工業(yè)科學(xué)技術(shù)三等獎、山東省優(yōu)秀新產(chǎn)品一等獎,公司先后被批準建立省級技不開(kāi)發(fā)中心、省級工程技木研究中心,為山東省高新技術(shù)企業(yè),連續三年被評為山東省企業(yè)技術(shù)創(chuàng )新先進(jìn)單位。(山東百圣源集團有限公司夏春威)