糠醇樹脂改性對橡膠木的影響研究

程若愚 吳繼水 孫濤

摘要：? 采用滿細胞法對云南景洪地區橡膠木進行4種濃度的糠醇溶液浸漬處理，對改性材增重率、顏色、吸濕性、表面硬度進行測定與分析的結果表明：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。

關鍵詞：? 糠醇;? 改性;? 吸濕性;? 橡膠木

中圖分類號：? ?S 781. 7? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1001 - 9499（2021）03 - 0024 - 03

橡膠木（Hevea brasiliensi）是云南地區的主要商品材樹種，但其生物耐久性差、尺寸穩定性低、且易變色、有蟲蛀及腐朽等缺陷，故對其進行改性處理。過去常采用有毒化學藥劑進行處理，嚴重影響生態環境，并限制了產品的使用范圍，而糠醇樹脂的原料來源于生物質，且在生產、使用和廢棄過程中對環境友好，故對生態環境幾乎無影響。糠醇樹脂改性是將糠醇和其他物質制成的溶液通過真空加壓的方式注入木材內部，而后在加熱的條件下，糠醇通過催化劑在木材內部固化聚合，粘附于木材細胞腔與細胞壁，形成穩定化合物的過程，能顯著改善木材生物耐久性、尺寸穩定性、吸濕吸水性、表面硬度等[ 1 - 5 ]，橡膠木的糠醇樹脂改性技術將是一個具有重要實用價值的技術研究。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

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、結疤等缺陷的橡膠木板，加工成規格為50 mm×50 mm×20 mm的試件，其中徑切板與弦切板各25塊，共計50塊。

浸漬溶液：糠醇溶液（主劑），化學純，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，但在水中不穩定，暴露在空氣中會變成暗紅色。馬來酸酐（催化劑），分析純，國藥集團化學試劑有限公司提供;硼砂（穩定劑），分析純，天津市風船化學試劑科技有限公司提供。配制糠醇質量濃度分別為80%、60%、40%、20%的浸漬液備用。

1. 2 試驗設備

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

1. 3 試驗方法

1. 3. 1 糠醇化改性工藝

糠醇溶液（FA）的配制：主劑與催化劑的質量比為1∶0.04，穩定劑質量為主劑的1%。浸漬工藝采用抽真空—加壓—抽真空的滿細胞法，第1次抽真空時間為30 min，壓力為0.04 MPa，加壓時間為3 h，壓力1.0 MPa;第2次抽真空時間為15 min，壓力也為0.04 MPa，浸漬結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全自動色差計，以CIE的 L*a*b*均勻色度學空間表色系統度量材色變化，其中L*指明度;a*指紅綠軸色品指數;b*指黃藍軸色品指數;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、黃藍軸色品指數差;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、黃藍軸色品指數的變化率（%），ΔE*為涂飾前后改性試件的總體色差，每個試件測20個點，取其平均值作為測量值;

改性材增重率 WPG 計算公式如下：

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濃度時并不明顯，而對于高糠醇溶液濃度，如80%浸漬液濃度時，差時接近90%。

表1 糠醇濃度對WPG的影響

揮發率隨FA濃度的增加而減小（圖1），20%FA濃度時揮發率高達60%以上，80%濃度時揮發率下降至不足30%。

2. 2 材 性

由橡膠木糠醇改性材及對照材的材性（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;在色度指標中，明度下降明顯，而紅綠度和黃藍度變化不太明顯;絕干密度的增加與FA濃度關系明顯，80%FA和60%FA濃度浸漬時增加明顯，分別為42.6%和27.9%，但增加幅度均小于相應的增重率，推測認為主要是滲入細胞壁中的糠醇固化后，形成的樹脂對胞壁充漲作用所影響;吸濕MC的降低與前人研究結果一致，同時也發現60%濃度與80%濃度的FA浸漬時其吸濕性相比差別不大，其原因是高WPG時糠醇分子對胞壁改性的有效性下降。（因為越來越多的糠醇樹脂將沉積固化于細胞腔從而對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，FA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照材的8%增加到80%FA浸漬時的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。總體來講，低濃度處理材顏色偏向紅色、黃色，高濃度時則偏向黑色，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），試驗范圍內，二者關系可用y=-0.006x2 + 0.894x + 6來表述，決定系數R2為0.854，但當WPG高于60%后改性前后色差減小，這是由于糠醇樹脂為黑色，因此其量到達一定值之后，變化不可能太明顯。

2. 3 材性與工藝參數相關性分析

絕干密度與WPG和色差均較好的相關性，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材性指標的變化。

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

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

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

3 結 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變化具有較好的相關性，生產中可用其作為改性材物理力學性質變化的指示指標。

3. 4 不同濃度下，浸漬進去的FA溶液會大量揮發，FA濃度越低，揮發比例越高。

參考文獻

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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

（責任編輯：? ?李 丹）