聚乙二醇和高温热处理复合改性对杨木吸水性的影响

第40卷第2期林业机械与木工设备Vol 40 No.22012年2月FORESTRY MACHINERY & WOODWORKING EQUIPMENTFeb. 2012试验与研究聚乙二醇和高温热处理复合改性对杨术吸水性的影响徐炜玥，朱愿，欧阳靓，曹金珍*(北京林业大学材料科学与技术学院,北京100083)摘要:木材易吸水、尺寸稳定性差 等缺陷严重限制了其应用,通过聚乙二醇浸渍、热处理改性可以改善这些不足。通过采用3种不同分子量的聚乙二醇(PEG1000、PEG2000、PEG4000)对杨木进行预处理,然后在不同温度条件下( 120C、1409C、160C、180C、2009C)进行热处理,研究不同条件复合处理对杨木试材吸水性的影响。试验表明，热处理可以改善试件初期的吸水性能,PEG浸渍处理则能抑制试件长期吸水，通过复合改性处理可以达到同时控制试件短期和长期水分吸收的目的。关键词:热处理;聚乙二醇;吸水性能中图分类号:S781.43文献标识码:A.‘文章编号 :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- -种天然高分子材料,具有强重比高、色泽天寸稳定性,但会对环境产生不利影响;二是高温热处然和易加工等特性,因此被广泛应用。但木材也存在易吸理,这种方法能有效降低木材吸湿性1I-3] ,提高其尺寸稳水吸湿、尺寸稳定性差及易被菌类和虫蚁等侵害的缺陷。定性4+6和耐久性",不污染环境,废弃后处理也方便,尤其是对户外用材，提高其尺寸稳定性可以延长使用寿是-项很有发展潜力的木材保护技术。吸水性和吸湿性命、拓宽应用范围,所以需要对木材进行改性处理。是两个不同的概念，虽然高温热处理对木材吸湿性的传统的改性处理方法有两种,一是浸渍防腐剂树影响已有定论,但对木材吸水性的影响至今仍有争议。脂等物质，这种方法虽然能有效提高木材耐久性及尺有研究认为VH]中国煤化 千木材吸水率14-0),但Kortelaine收稿日期:2011-10-17CN MH C进行170-230C基金项目:国家林业局“948”项目(2011-4-05)热处理后进行的吸小任风担农明，然处理后欧洲赤松*通讯作者:曹金珍,北京林业大学材料科学与技术学院心边材吸水性增加，而挪威云杉吸水性则随热处理温教授,博士生导师度的增加而减少。总体来说,国内外对热处理木材吸水24林业机械与木工设备第40卷性能的研究较少，尤其是针对长时间吸水性的研究尚200心C热处理，处理时间均为4h。热处理后再次放入属空白。对户外用材来说,由于水分含量将直接影响到60吨千燥箱中干燥至质量恒定后称重。木材的腐朽过程，因此长时间的吸水性对户外用材的对照组热处理质量损失率的计算公式为:使用效果影响很大。Hg=(mr -mo)/mox100%(2)聚乙二醇(Polyethylene Clycol 或PEG)使用安全,浸渍组热处理质量损失率的计算公式为:是一种常用的木材尺寸稳定剂,作用相当于润胀剂,其H,=(m- -m)/m,x100%渗人到木材细胞壁后置换出水分使木材细胞壁永久处式中:H、Hp分别为对照组和浸渍组热处理质量损失于膨胀状态而不再收缩，从而有效地改善了木材的尺率(% );m2为热处理后60C恒重质量(g)。寸稳定性(12-14)。本研究旨在通过PEG浸渍和热处理相1.2.3吸水性试验结合的方式，考察两种方法复合处理对木材吸水性的影响。吸水性试验根据GB/T 1934.1-2009《木材吸水性测测试在不同条件下进行复合处理的杨木试材在不定方法》进行,每个条件重复做5次(5个试件)。同时间的吸水率，探讨经过不同温度热处理试材的长2试验结果与讨论时间吸水性，并考察聚乙二醇和高温热处理复合改性对试材长时间吸水性的影响。研究结果对提高高温热2.1热处理木材的吸水性处理木材的户外使用性能具有重要意义。2.1.1热处理木材的质量损失率变化1试验材料与方法热处理后木材质量损失率见表1。由表1可知,随着1.1试验材料处理温度的增加,木材质量损失率也增加。在1609以下试材采用大兴安岭的青杨(Populus cathayana Rehd.)时损失率增加不明显,均低于1%;当温度达到180C以边材，平均年轮宽度2.35mm,尺寸为20mmx20mmx上时 ,质量损失率明显增加。浸溃PEG的试件,在高温条20mm。试材表面无开裂、腐朽、节疤等可视缺陷。件下,随着浸渍的PEG分子量增加,质量损失率减少。浸渍用聚乙二醇1000(PEG1000)、聚乙二醇2000表1不同热处理温度下试材的质损失率(PEG2000)和聚乙二醇4000(PEG4000) ,其均由西陇化质量变化率1%热处理温度/C工股份有限公司生产。对照组PEC1000 PEG2000 PEC40001200.140.090.001.2试验方法400.440.20.180.241600.620.30.280.391.2.1 PEG 预处理801.601.11.092003.683.162.94先分别用不同分子量PEG浸渍试材，采用先真空后加压的方法浸溃。分别配制20%(m/m)的PEG水溶2.1.2 热处理木材的吸水率变化液。将试材60C恒重后放人处理罐中,抽真空使气压达到-0.1MPa,保持真空30min后恢复常压。利用液压将不同热处理温度下，试材的吸水率随时间变化如PEG水溶液引人处理罐,并使压力达到2MPa,在这种图1所示。由图1可知,初期热处理温度高的试件吸水条件下保持2h。浸渍完成后取出试件,气干后再在干燥率明显偏低。在前8天的试验中，热处理温度为180%C箱中60吣恒重;另有一组不进行浸渍处理,只进行609和200C的试件,吸水率远远低于其他几个热处理温度恒重作为对照组。及未经过热处理的试件。但随时间推移,从第8天开增重率的计算公式为:w=(m- -mo)/mx100%(1)口contr式中:W为增重率(% );m;为浸渍后60C恒重质量(g);.140Cmo为未浸渍时60C恒重质量(g)。首100中国煤化工.160个。2001.2.2热处理CNMHGYH8 1624324048 56将经PEG预处理及对照组的试件用锡箔纸包好,吸水实验天数d放入干燥箱中分别进行120C、140C、160C、180个C和图1不同热处理温度 下试材吸水率随时间的变化第2期徐炜玥，等:聚乙二醇和高温热处理复合改性对杨木吸水性的影响25始,热处理温度高的试件吸水率增加迅速,最后达到与不同条件下复合改性材的质量变化率见表3。未处理材的吸水率致,即经过长时间浸泡在水中后,表3不同条件下复合改性材的质变化率热处理木材和未处理木材的吸水率没有明显区别。质量变化率1%Temiz等人(8)曾对木材进行240C热处理后又进行热处理温度19C对照组PEG1000 PEG2000 PEG4000了长达14天的吸水性实验,并在第1~4天以及第7.8、对照组38.2530.6034.7010、11、14天分别测量其吸水率，结果也表明在最初吸1200.1434.3536.6937.13水试验时热处理材吸水率低，远远小于未处理材。第11435.7336.63天,对照组和试验组分别为62.2%及24.7%;而随着时1600.6241.3935.6031.561.6037.5335.9337.98间推移两者差距逐渐减小，到第14天,对照组为90.6%2003.5334.3031.8135.66而试验组为79.4% ,与本试验结果基本- -致。2.3.2 PEG 处理与热处理复合改性材的吸水率变化2.2 PEG 处理木材的吸水性图3所示为三种PEG浸渍处理与热处理复合改性2.2.1 PEG 处理木材的增重率变化材的吸水率随时间的变化。在三种不同PEG分子量条各分子量PEG浸渍木材的增重率见表2，三种分件下，吸水试验进行的初期，经过较高温度热处理子量的PEG浸渍木材后,PEG1000略高于其他两种。(180C、200C)的试件吸水率明显低于其他几组,因此可以推断出热处理在吸水初期对PEG预处理材的吸水表2不同分子t PEG处理后木材的增重率率有明显的抑制作用,且温度越高吸水率越低。但随着分子量增重率1%吸水时间的延长,热处理的效果越来越不明显,不同处PEG100038.36理温度的PEG预处理试材与未经热处理的PEG预处PEG200035.77理材的吸水率逐渐接近，甚至有个别的温度条件下热PEC400036.64处理材的吸水率反而略高于未经过热处理的PEG预处2.2.2 PEG 处理木材的吸水率变化160r不同分子量PEG处理材的吸水率随时间的变化如。120望100-图2所示。在实验初期(0~1天), PEG处理材吸水率增80加速度明显高于对照组。但随着试验继续进行,对照组督60a 1809C国200C的吸水率明显高于PEG处理材。从第2天开始,PEG处理材吸水率增加缓慢,而对照组则是直至第32天还一0.25124816243240485吸水实验天数/d直保持较高的增长速度。说明PEG预处理对试件的长(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吸水实验天数d(b)PEG2000圄2不同分子 t PEG处理试材吸水率随时间的变化160-。12control同时,比较不同分子量PEG处理材也不难发现,虽置10140C0一然吸水率略有不同，但总体都远小于对照组,且各自差60从咖■160C口180C中国煤化工。200C别不明显。" 0.25MHCNMHG48 562.3 PEG处理与热处理复合改性材的吸水性(c)PEG40002.3.1 PEG 处理与热处理复合改性材的质量变化率图3不同条件下复合改性材吸水率随时间的变化26林业机械与木工设备第40卷理材。properties of beat treated Anatolina chestnut (Castanea Sativa通过比较可以看出:①虽然PEC浸渍预处理与热Mill.) wood[J]. Wood Research, 2009, 54(2): 117-126.处理复合改性材在经过长时间吸水后,热处理对其吸[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的作用吸水率明显Technology, 2009, 27(1): 89 -93.降低。②经过PEG浸渍预处理与热处理复合改性材在6] Weiland J J, Guyonnet R. Study of chemical modifcations an初期可以通过热处理控制水分吸收，再通过PEG控制fungi degradation of thermally modified wood using DRIFT长期水分吸收，从而达到短期和长期同时控制水分吸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结论2002.[8] Temiz A, Terziev N, Jacobsen B, Eikenes M. Weahering, Water(1)高温热处理在短期内可以限制试材吸水,但长Absorption, and Durability of Silicon, Acetylated, and Heat -时间浸泡后，热处理木材和未处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)与未处理材相比,PEG处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,但经过一段时间后其吸水率与未处理材相比增加[10] Kartal S N, Hwang w, Imamura Y. Water absorption of boron-缓慢,长期吸水率则明显低于未处理材。treated and heat- -modifed wood[J]. J Wood Sei, 2007.(3)热处理可以改善试件初期的吸水性能,而PEG[11] Metsai - -Kortelainen s, Antikainen T, Vitanieni P. The water对试件的长期吸水性能有很好的抑制作用，即对试件absorption of sapwood and heartwood of Scots pine and Norway先进行PEG预处理后再进行高温热处理，通过这一-复spruce heat- teated at 170C, 190C, 210Cand 2309C[J]. Holz合改性处理后可达到同时控制短期和长期水分吸收的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参考文献: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●信息速递●百圣源集团两产品通过省级鉴定2011年12月3日,由山东百圣源集团有限公司完成的自主创新项目“BQK1242/15数控液压单卡旋切机”、“BXQ(J)1813数控无卡剪切一体机”通过省级鉴定。专家鉴定委员会认为:该项目的研发和生产,可广泛应用于规模化生产胶合板、单板和贴面板生产线,可替代同类进口产品,达到国际先进水平,具有广阔的市场前景。此次鉴定会由山东省科学技术厅组织相关专家,对该项目的产品图样技术文件、技术创新点、样机的各项技术指标进行检测，并对该产品的市场前景进行了全面评价。百圣源集团注重企业的技术创新和新产品研发,使企业的自主创新能J中国煤化工生产新产品9个,改进老产品5个，获得国家实用新型专利6项。新产品的不断涌现为市场注入了CN MH G劫。产品荣获中国机械工业科学技术三等奖、山东省优秀新产品一等奖,公司先后被批准建立省级技不开发中心、省级工程技木研究中心,为山东省高新技术企业,连续三年被评为山东省企业技术创新先进单位。(山东百圣源集团有限公司夏春威)