增強-染色復合改性速生楊木的研究

趙學峰

摘要：本實驗以增強-染色復合改性MUF真空-加壓浸漬速生楊木，提高其物理性能，檢測耐光色牢度，結果表明：經自制改性MUF與染料真空加壓浸漬處理，天然干燥材和窯干材抗彎強度分別提高22.66%和40.55%，抗壓強度分別提高44.18%和54.67%，密度分別提高59.18%和72.07%。復合染色劑的優化工藝是以木材處理方法為缺氧高溫處理，真空時間為40min，加壓時間為4.5h，固含量為20%。

關鍵詞：速生楊木;MUF浸漬增強染色工藝;物理性能;色牢度

Abstract：In this study， of fast-growing poplar wood impregnated by reinforced-dyeing compound modified MUF through vacuum-pressure treatment to improve its physical properties and test the color fastness to light. The results showed that under strengthening-dyeing-combined of poplar wood， MOE of natural dried specimens and kiln dried specimens increased by 22.66% and 40.55%， the compressive strength increased by 44.18% and 54.67%， and the density increased by 59.18% and 72.07%， respectively. The optimized process is that using anoxic high temperature treated wood under condition of the vacuum time is 40min， the pressurization time is 4.5h， and the solid content is 20%.

Keywords： fast-growing poplar; MUF impregnation and dyeing process; physical properties; color fastness

隨著我國禁止天然林采伐和國際木材價格上升，人工林資源越來越得到重視，且發展迅速。而我國森林面積的36%為人工林，占全國森林資源儲蓄量的17%，占世界人工林總面積的1/4。人工林生長快，價格低，具有大規模生產高附加值復合材的潛能。然而，人工林木材密度小、強度低、尺寸穩定性差、易腐朽，生產當中產生諸多問題。浸漬和染色是木材改性的重要途徑。通過浸漬處理可以提高楊木的密度、抗壓強度、抗彎強度等性能。本研究以人工林速生楊木為研究對象，采用自制抵低甲醛水溶性樹脂型改性劑MUF與酸性染料制的增強-染色改性劑通過真空加壓浸漬處理，探討不同配方MUF浸漬液對楊木力學性能、耐光色牢度的影響。

1? 材料與方法

1.1? 材料

主要材料：速生大青楊（Populus ussurien.sis）：缺氧高溫處理材，窯干材、天然干燥材、素材，購自敦化市林業局。自制改性三聚氰胺脲醛樹脂，染料：酸性大紅G，酸性湖藍D購自北京廣春染料廠。

1.2? 儀器

主要儀器設備見表1。

1.3? 方法

1.3.1 三聚氰胺改性脲醛樹脂（MUF）膠的制備

增強-染色復合改性劑的調制：向裝有攪拌器、溫度計、冷凝器和滴液漏斗的四口燒瓶中加入37%甲醛誰溶液，用10%氫氧化鈉誰溶液調PH=8～9。加入三聚氰胺，攪拌下升溫60℃，控溫至60℃～65℃，待三聚氰胺完全溶解后，保溫反應至有沉淀產生，繼續反應60min。加入甲醇和過氧化氫，反應60min后降溫至40～50℃，用硫酸調PH=2～3，反應至物料全部溶解后在保溫30min。用10%的氫氧化鈉調PH=8～9，升溫60℃，減壓蒸餾出過量甲醇，加入去離子水稀釋產物至60%，過濾得水溶性樹脂型增強改性劑MUF，檢測其粘度適合做實驗的改性劑。

1.3.2 浸漬處理

將染料混入改性樹脂稀釋成質量分數為20%、30%、40%（黏度為15mPa.s、30mPa.s、40mPa.s）的樹脂溶液，采用真空（-0.1MPa，時間30min、40min、50min）→吸藥→卸真空→加壓（1.0MPa，時間1.5h、3.0h、4.5h）→卸壓工藝分別對人工林楊木進行真空加壓浸漬處理，得到改性材，將浸漬處理后的試件進行人工干燥，調制含水率10%，再用平板硫化機壓制厚度為20mm。

1.3.3? 測試與分析

1.3.3.1 物理力學性能分析

根據 GB /T 1936. 1—2009《木材抗彎強度試驗方法》、GB /T 1936. 2—2009《木材 抗彎彈性模量測定方法》、GB /T 1935—2009《木材順紋抗壓強度試驗方法》、等標準，檢測其抗彎強度、抗彎彈性模量、抗壓強度，使用剖面密度儀試測定木材的剖密度。

1.3.3.2 耐光色牢度測定

采用ATLAS氙燈光老化機，進行50h的紫外光照射試驗，通過CM-2500C色彩色差儀，分別測定氙燈光照射前后的材色參數（亮度（L*）、紅綠指數（a* ）和黃藍指數（b*）），計算光照前后的變化量，即：明度差（?L*）、紅綠指數差（ ?a*）、黃藍指數差（?b*）和總色差（?E*）;每片測5個點，取統計平均值。采用MG-268光澤度儀，分別測定氙燈光照射前后的光澤參數，采用20°，60°，85°三種測量方式，測量點大小分別為20°：10mm×10 mm;60°：9mm×15mm;85°：5mm×38mm，測量范圍分別為20°：0.0～2，000GU;60°：0.0～1，000 GU;85°：0.0～160 GU（單位GU），計算光照前后的光澤度差。

2? 結果與分析

2.1物理力學性能

楊木素材、缺氧高溫處理材、天然干燥材、窯干材的基本物理力學性能見表2。與未處理材相比，天然干燥材和窯干材抗彎強度分別提高22.66%和40.55%，抗壓強度分別提高44.18%和54.67%，抗彎彈性模量提高36.90%和63.10%。天然干燥材和窯干材與未處理材相比，密度分別提高59.18%和72.07%，而最大表密度分別達到1.261 g/cm和1.351 g/cm。窯干材比缺氧高溫處理材提高效果更明顯。

2.2耐光色牢度

2.1 對木材材色指數數據分析

如果?L*為正，說明試件明度變淺，反之，說明試件變深。如果Δa*為正，說明試件紅增加（或者綠減少），反之，說明試件綠增加（或者紅減少）。如果Δb*為正，說明試件黃增加（或者藍減少），反之，說明試件藍增加（或者黃減少）。L*，a*，b*顏色差異還可以用?E*表示，?E*被定義為樣品的總色差，但不能表示出色差的偏移方向，?E*數值越大，說明色差越大。

試件的材色指數經9組不同水平因素處理后變化明顯，如表3所示，9組試件的明度差值?L*都是正數，表明楊木試件氙燈光老化后的明度有所上升，試件紅綠指數差值Δa*都是負數，表明楊木試件經過氙燈光老化后紅色減少，9 組楊木試件的黃藍指數差值Δb*除二組和九組都是正值，表明楊木試件經過氙燈光老化后大部分藍色減少，復合改性楊木經過氙燈光老化總色差?E*均在20 NBS以下，和表4中空白對照組比較，復合改性處理楊木的色差變化明顯降低，提高了楊木的耐光色牢度。

在表4中對比水染組和空白組可發現，在木材處理方法相同的情況下，經過水染的木材色差變化降低明顯;相同木材處理方法條件下，經過刷漆處理的試件比不經過刷漆處理的試件色差變化程度小;同樣經過刷漆處理的水染組和空白組分別對比發現，水染與刷漆處理共同作用下色差變化相較于空白組下降非常明顯，可知水染處理和刷漆處理對提高木材耐光色牢度作用明顯。

注：人——木材處理方法為窯干燥

自——木材處理方法為天然干燥

碳——木材處理方法為缺氧高溫處理

水——木材經過水染處理

白——除木材處理方法外其他因素為空白對照

漆——木材經過刷漆處理，保留一層漆膜

2.2對木材光澤指數數據分析

國家對材料光澤測定角度沒有統一標準，但普遍采用60°，本實驗分析也以60°為準，但對20°及80°的測量結果仍有記錄。復合改性材的光澤性能經9組不同水平因素處理后，光澤指數變化明顯，如表5所示，9 組復合改性材的光澤指數差?60°均為負值，表明復合改性楊木經過氙燈光老化的光澤均有下降，和表6中空白對照組比較，復合改性處理楊木的光澤大幅度降低，處理改性后反而降低了楊木的耐光色牢度。

注：人——木材處理方法為窯干燥

自——木材處理方法為天然干燥

碳——木材處理方法為缺氧高溫處理

水——木材經過水染處理

白——除木材處理方法外其他因素為空白對照

漆——木材經過刷漆處理，保留一層漆膜

由表6中對比水染組和空白組可發現，在木材處理方法相同的情況下，窯干和缺氧高溫處理的試件水染組光澤提升不如空白組明顯，天然干燥的試件水染組和空白組基本沒有差距;水染組窯干和天然干燥經過刷漆處理的試件比未刷漆處理的試件光澤略有降低，而缺氧高溫處理的試件無明顯變化;空白組窯干和自然干燥經過刷漆處理的試件比未刷漆處理的試件光澤提高明顯，而缺氧高溫處理的試件無明顯變化;對比經過刷漆處理的水染組和空白組發現，水染組的光澤比空白組普遍較低。

3 結 論

經自制改性MUF與染料真空加壓浸漬處理，對人工林速生楊木進行改性，結果表明;天然干燥材和窯干材抗彎強度分別提高22.66%和40.55%，抗壓強度分別提高44.18%和54.67%，密度分別提高59.18%和72.07%。四因素對復合改性楊木材色參數 L*、ΔE*的影響從主到次依次為：木材處理方法>真空時間>加壓時間>固含量;對材色參數 a*的影響從主到次依次為：木材處理方法>加壓時間>真空時間>固含量;對材色參數 b*的影響從主到次依次為：加壓時間>木材處理方法>固含量>真空時間。若以總色差ΔE*為評價指標，則復合染色劑的優化工藝為木材處理方法為缺氧高溫處理，真空時間為40min，加壓時間為4.5h，固含量為20%。由水染組和空白組的光澤指數變化數據可發現，在不同木材處理方法條件下，水染處理和刷漆處理對試件光澤指數變化有一定規律可循，可將木材處理方法、水染處理和刷漆處理作為正交實驗的水平因素做一次不同方向的耐光色牢度的研究。

參考文獻

[1]人工林為林業可持續發展再鋪新路[J].國土綠化，2018（ 11） ： 1.

[2]盛煒彤.關于著力提高人工林的森林質量問題[J].國土綠化，2017（ 7） ： 15-17

[3]周生威.封山育林的重要意義及措施的思考[J].黑龍江科技信息，2015（ 24） ： 266.

[4]呂建雄，徐 康，劉 元，等. 2014. 速生人工林楊木增強改性的研 究進展. 中南林業科技大學學報，34 （ 3） ： 99-103

[5] 張仲鳳.國產人工林木結構工程材多效層積增強研究[D].長沙： 中南林業科技大學，2013.

[6] 殷亞方，姜笑梅，呂建雄，等.我國桉樹人工林資源和木材利用現狀[J].木材工業，2001，15（ 5） ： 3-5.

[7] 陳澤君，王勇，馬芳，等.高溫熱處理對人工林楊木物理力學性能和尺寸穩定性的影響[J].中南林業科技大學學報， 2012，32（ 6） ： 142-145.

[8] 侯俊峰，周永東.木材熱壓干燥研究現狀與應用前景[J].世界林業研究，2017，30（ 6） ： 41-45

[9]楊曉飛，韓英磊. 2011. 楊木資源的高效利用. 木材加工機械，22 （ 5） ： 36 - 38.

[10]岳孔，盧曉寧，劉偉慶. 速生楊木 PF 浸漬增強機理及力學性 能可靠性分析[J]. 南京林業大學學報（ 自然科學版） ，2010， 34（ 4） ： 49-51.

[11]YU X，SUN D，LI X. Preparation and characterization of urea- formaldehyde resin-sodium montmorillonite intercalation-modified poplar [J]. Journal of Wood Science，2012，57（ 6） ： 501-506.

[12]柴宇博，劉君良，孫柏玲，等. 三聚氰胺脲醛樹脂復配硼化物 改性楊木的性能[J]. 木材工業，2015，29（ 3） ： 5-9.

吉林省科技發展計劃項目（20180201008NY）.