有机-无机复合改性速生木材研究现状与展望

木材作为一种天然可再生资源被广泛应用于各个领域.近年来,随着我国对木材需求的日益增长和天然林资源的匮乏,速生木材作为硬质木材的替代品越来越受到人们的关注.但速生木材存在密度低、材质疏松、力学性能欠佳等不足,难以用于制造高附加值产品,因此需要对其进行改性增强处理.速生木材具有大量的孔隙和活性官能团,通过浸渍改性不仅可提高其密度和力学强度,还能赋予速生木材新的功能,进而提升其使用价值.传统的浸渍改性按照浸渍液的不同主要分为有机和无机两种方式,但均存在一些不足.有机改性液浸渍中所使用的有机树脂虽能与木材的活性官能团发生交联而形成紧密的结构,但是大多有机树脂含有游离甲醛等易挥发的有毒物质,会对环境和人体健康造成危害.而无机改性剂虽无毒环保,但大多难以在木材中形成稳定的结构,易发生流失与吸湿等现象,影响使用功能.有机-无机复合改性是一种新型的材料复合技术,它能将有机材料与无机材料的优点结合起来,在减少有机树脂用量的同时充分利用其包覆作用(或键结合)来固定无机改性剂以减少流失,并且有机树脂能与木材形成稳定的键结合.因此,在有机-无机材料的协同作用下,改性木材的性能得以大幅度提升,实用价值和应用领域得到进一步扩展.本文以有机-无机复合改性速生木材的研究现状为主题,以硅系、硼系、铜、钙及蒙脱土等无机组分为主线,对其研究进展进行详细描述,并对改性机理进行归纳总结.同时,从基础理论、制备工艺、基本性能以及经济成本等方面提出了有机-无机复合改性木材的发展趋势,旨在推动有机-无机复合改性方法能在速生木材的改性中得到更广泛的应用.     

基于互穿交联结构的PVA-硅酸钠杂化改性杨木的制备与性能

为提高无机硅酸钠浸渍改性杨木的性能,使用有机-无机杂化的方法对速生杨木进行了改性.以聚乙烯醇(PVA)为有机改性剂,硅酸钠为无机改性剂,采用分步真空-加压原位浸渍的方法制备PVA-硅酸钠杂化改性杨木.对比了杨木素材、硅酸钠改性杨木和PVA-硅酸钠杂化改性杨木的增重率、密度增大率、力学强度和阻燃抑烟性能,并采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和X射线衍射仪(XRD)对化学结构和结晶结构进行了表征.结果表明,与硅酸钠浸渍改性杨木相比,PVA-硅酸钠杂化改性杨木的增重率提高了7.9％,密度增大率提高了12.3％.PVA-硅酸钠杂化改性杨木的硬度、抗弯强度、抗压强度和冲击韧性都显著提高.FT-IR分析表明,PVA和硅酸钠发生化学反应形成互穿交联结构,并与杨木中的羰基、羟基形成Si-O-C键和氢键缔合,解释了改性杨木力学性能提高的原因.XRD分析表明,PVA和硅酸钠的浸入明显降低了杨木的结晶度,这也是改性杨木冲击韧性提高的原因.PVA-硅酸钠杂化改性杨木的阻燃性能与硅酸钠浸渍改性杨木接近,但抑烟效果显著提高.PVA-硅酸钠杂化改性杨木的平均热释放速率为57.63 kW/m2,较杨木素材降低了28.93％;PVA-硅酸钠杂化改性杨木的总生烟量为1.255 m2,较杨木素材和硅酸钠浸渍改性杨木分别降低了40.3％和31.5％.     

硅酸钠/聚乙二醇浸渍改性杨木工艺及性能研究

目的 为了提高速生杨木的物理力学性能、尺寸稳定性、热稳定性等性能，以硅酸钠(Na2SiO3)溶液和聚乙二醇(PEG)溶液为改性剂，旨在提高杨木的力学性能、尺寸稳定性以及耐热性能，并探究硅酸钠质量分数、聚乙二醇质量分数以及分子量对改性杨木性能的影响，获得最佳浸渍工艺。方法 运用单因素试验法探究硅酸钠质量分数、聚乙二醇质量分数、聚乙二醇分子量3个因素对改性杨木浸渍效果的影响。通过最佳浸渍工艺制备硅酸钠/聚乙二醇改性杨木与硅酸钠改性杨木，并测定其顺纹抗压强度、表面硬度、吸湿体积膨胀率等性能和结构表征，探究其与未改性杨木的差异。结果 通过单因素试验结果可知，以质量分数为10%的Na2SiO3、PEG-400以及质量分数为5%的PEG-400的浸渍工艺制备出改性杨木性能较佳。硅酸钠/聚乙二醇杨木改性材的顺纹抗压强度、抗弯强度、端面硬度、径面硬度和弦面硬度较未改性杨木的分别提高了69.4%、19.1%、42.2%、39.5%、19.2%，吸湿体积膨胀率较硅酸钠改性材降低了40.0%。结论 速生杨木经过硅酸钠/聚乙二醇改性后的力学强度，相较于单独硅酸钠改性杨木的力学强度有所提升，尺寸稳定性能增强，因此在性能及应用方面，硅酸钠/聚乙二醇改性杨木更具优势。     

基于原位浸渍法的酚醛树脂改性杉木木材研究

以苯酚、甲醛和氢氧化钠为改性剂,通过原位浸渍法对杉木木材进行了改性研究.探讨了浸渍压力、浸渍温度、浸渍时间和原位固化温度对改性杉木木材浸渍效果、强化效果和尺寸稳定效果的影响,并对改性杉木木材的化学结构、内部形貌、结晶结构和耐热性能进行了表征.结果表明,浸渍压力为0.5 MPa、浸渍温度为50℃、浸渍时间为32 h和原位固化温度为80℃时,改性杉木木材的浸渍效果、强化效果和尺寸稳定效果最佳.苯酚与甲醛在杉木木材中发生原位反应,既填充了杉木木材内部纹孔、细胞腔和细胞间隙,又与杉木木材中反应性羟基形成了氢键和化学键结合,从而有效提高了杉木木材的力学性能和耐水性能.酚醛树脂的浸入扰乱了杉木木材中纤维素结晶区定向排序良好的微纤丝,减弱了纤维素分子链的分子间作用,导致杉木木材中纤维素结晶度有一定程度降低.经过酚醛树脂原位浸渍改性后,改性杉木木材的耐热性能显著提高,可显著提高杉木制品的使用安全性.     

低分子量酚醛树脂浸渍人工林木材研究进展

人工林木材的大量利用缓解了木材供需矛盾,对一些材质较差的人工林木材的改性成为迫切需要解决的重点课题。采用低分子量的酚醛树脂对人工林木材进行浸渍改性,可以使人工林木材的各项物理力学性能得到不同程度的改善,该技术可大大拓宽许多人工速生林木材的应用范围,实现其高附加值利用,是一种非常有前景的木材改性技术。概述了人工林木材浸渍改性的机理,酚醛树脂性能、浸渍工艺和木材材性对浸渍的影响,并提出了存在的问题和今后研究的趋势,为人工林木材浸渍改性的进一步研究提供参考。     

SiO2／杨木复合材料制备与性能评价

为探明SiO2对速生林杨木的增强效果,采用溶胶-凝胶法和浸渍硅溶胶法制备了SiO2／杨木复合材料。用SEM、XRD、FTIR、热重分析等研究了SiO2／杨木复合材料微观形貌、结构组成及热降解性能。实验结果表明：SiO2分布于杨木导管、木纤维以及木材细胞间隙之间,采用溶胶-凝胶法制得的复合材料两相结合更紧密细致,填充效果...     

化学法改良速生木材研究进展

木材是工业和生活中必不可少的天然材料,我国一直是木材及其制品的生产和消费大国。近年来,由于天然林保护工程的实施,木材缺口进一步扩大,供需矛盾尖锐。为了增加木材资源的供应量,我国大力发展了人工速生林,其具有成材时间短,产量高等优点。但人工速生林具有材质疏松、密度小、强度低、不耐腐、尺寸稳定性差等缺点,导致其产品性能较差,附加值低。对速生木材进行改性处理,可以改善其力学性能、耐久性和尺寸稳定性,拓宽速生木材的适用范围,缓解供需矛盾。化学法改良木材不仅能够克服天然木材尤其是速生材原有的缺陷,改善木材的力学性能,而且可以赋予木材阻燃性、耐腐性和疏水性等特定的新功能,提高其商业价值,实现木材的高效利用。化学改性已被认为是一种防止环境对木材破坏和维持其稳定性的有效策略,近几十年来,有关化学法改良木材的研究一直备受关注。化学改性主要是利用木材的多孔结构,通过加压浸渍的方式将改性剂注入木材内,然后在加热或催化剂作用下发生化学反应而固化。众所周知,改性剂只有与木材细胞壁发生化学反应并留存在细胞壁内才会对木材性能有明显的改善效果。因此,近些年来研究者们主要从选择合适的偶联剂和处理工艺方面不断尝试细胞壁改性,从而实现木材性能的有效改善。在木材化学改性技术中只有乙酰化处理、树脂改性和糠醇化处理成功实现了大规模商业化生产,其中乙酰化和糠醇化处理符合细胞壁改性要求。为了提高改性剂与木材细胞壁之间的结合能力,通常会加入甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸和马来酸酐等偶联剂。近两年的研究工作将两步处理法引入到细胞壁改性工艺中。目前,木材化学改性已经实现了细胞壁空间修饰的精确控制,同时在木材较低增重率的条件下实现尺寸稳定性的改善。文章综述了国内外关于木材化学改性的研究进展,重点介绍了热固性树脂改性、石蜡改性、有机单体改性、乙酰化改性、糠醇化改性、氮羟甲基酰胺类化合物改性等对速生木材化学改性的原理及力学性能的影响,并分析了木材化学改良技术目前存在的问题及其未来发展趋势。     

无机质复合木材的复合工艺与性能

以我国丰富的速生人工林杨树木材为原料,以含硅、铝、硼、磷元素的离子化合物为浸渍溶液,采用双离子扩散的方法,通过浸渍木材后,使离子在木材孔隙内或细胞壁上发生沉淀反应,所得到的复合材料称为无机质复合木材。由于生成了不溶于水的沉淀物填充在木材的孔隙内,所以改善了木材的热分解特性和强度性能。研究表明,采用负压-正压试验处理设备强制将浸渍溶液灌注入木材内比室温常压浸渍的效果好,增重率能够提高3~5倍;用电子显微镜观察处理木材,无机质物质填充了木材的导管、木纤维和纹孔;热重分析表明,处理材热分解的峰顶点在420℃,到550℃失重率为32 %。在研究范围内,处理材的强度与其增重率呈现正相关关系。     

脲醛树脂-钠基蒙脱土改性杨木的结构与表征

以脲醛树脂-钠基蒙脱土(UF-Na-MMT)为浸渍液,通过减压-加压方式浸渍改性速生杨木,并采用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和傅立叶红外光谱(FIRT)等对改性杨木进行检测与分析.SEM的观察显示:大量的UF树脂和有机Na-MMT进入到了杨木的导管中,部分与木材纤维和细胞壁紧密结合;XRD和IRFT的研...     

原位聚合反应及其在木材化学改性中的应用

木材化学改性是利用化学方法对木材进行处理,克服天然木材尤其是速生材的原有缺陷,提高木材的物理力学性能、防腐性、抗老化性、阻燃性及尺寸稳定性,改善木材的颜色纹理,提高木材的使用档次和商业价值。利用木材多孔性的特性,将木材改性剂浸渍到木材内部,并在热、辐射或催化剂的作用下,改性剂在木材内部发生原位聚合反应,从而得到性能提高的改性木。简要介绍了木材的多孔状微观结构,从原位聚合反应发生的在木材化学改性中的应用,重点介绍了常用的木材化学改性剂及其在木材改性过程中发生的原位聚合反应机理。最后分析了目前木材化学改性的研究现状、存在的问题以及未来的发展趋势。     

耐水增强丙烯酸酯乳液的研究进展

综述了耐水增强丙烯酸酯乳液改性研究新进展,介绍了采用有机硅、有机氟、环氧树脂和交联单体对丙烯酸酯乳液进行改性的理论依据及发展现状,对核-壳乳液聚合、无皂乳液聚合、互穿网络聚合、有机无机复合乳液聚合等改性方法与机理进行了全面阐述,并展望了耐水增强丙烯酸酯乳液改性的发展趋势。     

一种提高超疏水木材机械稳定性的方法

超疏水表面稳定性、耐久性的提升,对于其是否能达到商业应用的要求有着至关重要的作用。本文将聚乙烯醇(PVA)与二氧化硅(SiO2)复合,通过滴涂法在木材表面形成一层有机-无机复合薄膜,之后对薄膜进行疏水改性,制得了一种机械稳健性较好的超疏水木材。所制得的木材有很好的防水性、较低的滚动角和较好的机械稳定性。     

上海硅酸盐所在有机-无机复合热电材料领域取得进展

正有机-无机复合热电材料不仅具有有机材料质轻、高延展性、低成本、易制备等优点,而且可以获得比纯有机材料更加优异的热电性能,近年来持续受到热点关注。然而,传统的采用原位聚合或机械混合法制得的有机/无机复合热电材料,存在着无机纳米颗粒难分散、易氧化、粒径大小难以控制以及无机相添加量过大(通常25wt%)等问题,削弱了实际的复合效果,极大地阻碍了有机/无机复合热电材料的进展。日前,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员陈立东、副     

浸渍装饰纸印刷的现状与发展趋势

浸渍装饰纸是装饰原纸经过印刷人造木纹和人造石纹等图纹后,浸渍树脂胶水并烘干制成胶膜纸,在高温高压条件下压贴在人造板材表面上,对人造板材起到装饰和保护作用的一种装饰面纸。浸渍装饰纸主要可分为低压和高压三聚氰胺浸渍装饰纸,前者主要用于家具及强化木地板,后者主要用于防火板。用浸渍装饰纸生产的家具、木地板等具有耐水、耐磨、耐热、耐污染和一定的耐光老化性能。用浸渍装饰纸对人造板贴面既提高了木材的利用率,还可弥补木材的天然缺陷,是优质木材的最佳替代品。     

无机粉体表面改性技术现状与发展趋势

1 表面改性工艺 表面改性工艺依表面改性的方法、设备和粉体制备方法而异。目前工业上应用的表面改性工艺主要有干法工艺、湿法工艺、复合工艺3大类。干法工艺根据作业方式的不同又可以分为间歇式表面改性工艺和连续＋表面改性工艺；湿法工艺又可分有机包覆改性工艺和无机沉淀包膜改性工艺；复合工艺又可分为机械化学与表面化学包覆改性复合工艺及沉淀反应与表面化学包覆改性复合工艺两种。     

麦秸/木材均质复合无机碎料板的阻燃性能研究

以镁系无机胶粘剂和均匀混合的麦秸和木材碎料为原料,采用热压工艺,制备麦秸/木材均质复合无机碎料板。利用导热系数测定仪、锥形量热仪对比研究了普通有机胶粘剂胶合麦秸板、麦秸无机碎料板、木材无机碎料板以及麦秸/木材均质复合无机碎料板的阻燃抑烟性能。结果表明,与普通有机胶粘剂胶合麦秸板相比,无机胶粘剂能显著降低板材的热释放和烟释放;麦秸/木材均质复合无机碎料板的热释放速率(HRR)、总热释放量(THR)、烟生成速率(SPR)、总烟生成量(TSP)和质量损失均高于麦秸无机碎料板而低于木材无机碎料板,点燃时间(TTI)小于麦秸无机碎料板而大于木材无机碎料板,麦秸/木材均质复合无机碎料板具有良好的阻燃抑烟性能。     

有机改性陶瓷概述及应用

综述了有机改性陶瓷的研究进展及其应用。有机改性陶瓷是由无机物和有机物以原子或分子尺度相复合而成的，其中的无机物以无机网络状态存在，而有机聚合物则作为增强相，起着韧化无机网络的作用，有机改性陶瓷具有良好的光学性能和机械性能，因而得到了较为广泛的应用。     

超细铝粉表面改性的各种方法及其研究进展

超细Al粉表面改性具有提高粉体分散性、抑制粉体氧化、改善粉体表面性能等优点,受到工程实践和科学研究的广泛关注.从有机、无机两类改性物质入手,介绍了国内外超细Al粉表面改性的研究进展,分别对比了不同改性剂的常用包覆方法,说明了各种方法的改性原理,总结了不同改性剂进行包覆的最佳工艺参数.最后展望了超细Al粉表面改性的未来发...     

具有保健功效木材的制备及其特性研究进展

木材是与人类关系最为密切的材料之一,作为纯天然的绿色环保材料,其具有完美的属性.它能够调节室内的温湿度,调整人的心理感觉,具有隔热保温、吸音隔声、杀菌灭虫等功能,从某种意义上可以说其具有延长人类寿命的神奇功效.但木材自身的优良功效在面临巨大的保健需求时,其局限性是显而易见的.因此,一些学者期望通过多种方式对木材加以复合或改性,以赋予其多样化的保健功能.现阶段针对具有保健功效的木材的研究制备主要集中于以下几个方面:(1)具有负离子释放功效的保健材,其制备主要集中于天然矿石木材复合改性以及改性剂添加的化学改性处理,多以浸渍的方式引入木材,制备方式简易,但负离子释放量相对较低,且存在流失率高、材料强度降低等缺陷;(2)木基电磁屏蔽保健材,其制备方式主要包括复合法及高温炭化法,其中复合型又包括表面涂覆型以及内部填充型,绝干木材本身为绝缘材,不具备导电功能,但木材为多孔隙结构,通过添加导电物质到木材中,使复合材具备电磁屏蔽的能效;(3)抑菌保健材,以具备杀菌功效的纳米银离子及二氧化钛改性剂载膜于木材表面为主,保健材对部分对人体健康有极大危害的代表性菌种具有显著的抗菌性,且呈现一定的持久性和稳定性;(4)中草药复合保健材,常以中药提取液注入木材,或通过在日常木制成品中直接放置粉末状药材,或在人造板生产过程添加中药成分的方式制备保健材,其方式简单高效,可充分发挥中药的药用价值;(5)远红外辐射保健材,以真空浸渍或贴面等方式与具有远红外线发射性能的材料复合,制备方式简单高效,实用性较强.本文对木材固有的保健功效进行了简述,针对保健材现阶段应用较广泛的领域的研究进展进行了综述,并对具保健功效木材的发展前景进行了展望.     

木材的非传统应用--热塑性木材、木材-塑料与木材陶瓷

木材经过化学改性可制备成易于加工且可生物降解的热塑性木材;也可与树脂或塑料进行复合得到木材-塑料(木塑复合材料);或者将其浸渍入树脂再进行炭化得到木材陶瓷.热塑性木材、木材-塑料与木材陶瓷具有良好的环境协调性和功能性,打破木材只能作为块状材料的传统使用,开辟了木材应用的新途径.