【摘 要】
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杉木进行硅酸盐浸渍改性处理后,木材内部的改性剂相关元素含量与分布是衡量浸渍效果的重要指标,对改性杉木的各项物理力学性能有着至关重要的作用.以硅酸盐为浸渍改性剂,采用
【机 构】
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中南林业科技大学材料科学与工程学院,湖南 长沙 410004;湘南学院美术与设计学院,湖南 郴州 423000;中南林业科技大学材料科学与工程学院,湖南 长沙 410004;中国林业科学研究院木材工业
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杉木进行硅酸盐浸渍改性处理后,木材内部的改性剂相关元素含量与分布是衡量浸渍效果的重要指标,对改性杉木的各项物理力学性能有着至关重要的作用.以硅酸盐为浸渍改性剂,采用仿生呼吸法对杉木进行浸渍改性.研究了仿生呼吸法对硅酸盐改性杉木的密度、抗弯强度、抗压强度、三切面硬度和24 h吸水率影响,利用XPS和FT IR分析了杉木素材与改性材的化学成份与化学结构,并对硅酸盐改性剂在改性杉木中的分布深度与分布规律进行了探讨.结果表明:经过硅酸盐浸渍改性后,改性杉木平均密度大于0.721 g·cm-3,抗弯强度和抗压强度分别增大了170.19％ 和286.64％.改性杉木横切面、径切面和弦切面的硬度均有不同程度的提高.硅酸盐改性使杉木的24 h吸水率从91.17％ ±2.51％ 降至39.23％ ±1.62％,表明杉木的尺寸稳定性大幅度提高.相比于杉木素材,改性杉木木材的XPS全谱扫描中出现了Na元素和Si元素的吸收峰,窄扫谱图中出现了Si—O—C和Na—O化学结构.同时,改性杉木木材的FTIR谱图中出现了Si—O—Si的吸收峰,并且游离羟基含量减少,缔合羟基增多.XPS和FT IR分析都表明硅酸盐浸注到了杉木木材的孔隙中,且硅酸钠与杉木木材中羟基形成了化学键结合和氢键结合.这也是改性杉木的力学性能和耐水性能提高的重要原因.另外,通过XPS测试发现改性杉木木材沿横向从表面到30 mm处都出现了C,O,Na和Si元素,并且沿横向从表面到30 mm处,Si—O—C结合结构的吸收峰强度基本相同,说明从表面到中间部位,硅酸钠与杉木木材中的羟基都较均匀地形成了化学键.对各元素进行定量分析发现,改性杉木木材中C,O,Na和Si元素的相对含量从表面到中间部位(30 mm)差异较小,进一步表明改性剂能较好浸入杉木木材中间,并且均匀性较好.研究结果将为杉木浸渍改性效果提供数据支撑,并为优化改性工艺与方法、进一步提高改性杉木的物理力学性能提供依据.
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