正式开题报告

西南林业大学

学术型硕士生学位论文开题报告

题 目： 云南松乳化石蜡、单宁浸渍改性工艺研究

学20106110010 号 ： 姓名 ：

王强

木材科学与工程 研究方向 ： 木材干燥与改性 学科专业 ：

导师姓名 ：

报告主持人 ：

孙膑

职称 ：

教授

报告日期 ：

3月18号

填表日期： 2013 年 03 月 10 日

填 表 说 明

1、开题报告是硕士生培养的重要环节，研究生需在导师的指导下认真完成，具体要求参见《西南林业大学关于学术型研究生开题报告的规定（2012年修订）》。

2、开题报告文献综述部分的基本要求：（1）国内外本研究课题的发展现状、趋势及问题等，字数3000字左右。（2）参考文献量不少于20篇（其中人文社科类不少于30篇），对于个别新兴研究领域其文献量可酌情减少。（3）文献引用格式需符合《西南林业大学研究生学位论文格式的统一要求》的相关规定。

3、完成时间：研究生开题工作应于入学后第三学期内完成，具体时间各学院可根据本学院的学科特点和实际情况进行安排。

4、硕士生开题报告书应首先获导师认可和考核小组成员审阅后方可参加开题。 5、打印要求：此表用A4纸双面打印，各栏空格不够时，请自行加页。 6、开题报告通过、修改、签字完毕后，交各学院存档一份。

选题基本情况（√） 本研究题目为： 1. 导师课题的一部分 ( √ )； 2. 委培单位的课题 ( )； 3. 其它（须具体说明） 。 选题分类 （√） 1. 基础研究 ( ) 2. 应用研究 ( √ ) 3. 综合研究 ( ) 4. 其 他 ( ) 选题来源 （√） 1. 973、863项目( ) 3. 教育部人文、社会科学研究项目( ) 5. 中央、国家各部门项目 ( ) 7. 国际合作研究项目( ) 9. 企、事业单位委托项目（ ） 11. 学校自选项目 （ ） 13. 非立项 （ ） 2. 国家社科规划、基金项目 ( √ ) 4. 国家自然科学基金项目 ( ) 6. 省（自治区、直辖市）项目( ) 8. 与港、澳、台合作研究项目（ ） 10. 外资项目（ ） 12. 国防项目 （ ） 14. 其他 （ ） 1

一、立题依据

1. 选题的理论和实践意义 1.1 选题的理论 木材是能够次级生长的植物，这些植物在初生生长结束后，根茎中的维管形成层开始活动，向外发展出韧皮，向内发展出木材。木材是维管形成层向内的发展出植物组织的统称，包括木质部和薄壁射线。 木材对于人类生活起着很大的支持作用。根据木材不同的性质特征，人们将它们用于不同途径。 木材已经成为国民经济建设中重要的原材料，随着世界性天然林资源的枯竭和国家天然林保护工程的实施，而且由于我国人均木材的占有量偏少，中国是全球木材需求大国，而我国作为发展中国家对木材的吞吐量巨大，因此每年不得不大量依赖进口。据调查，从2003年起就每年以百分之十的速度增长着，虽然中国地大物博，可是中国木材的产量还是满足不了国内需求，每年不得不从全球进口大量木材以满足国内发展需求，这就宏观控制了全球的木材价格。人工林大量木材的利用已成为解决木材供需矛盾的重要途径。同时随着人民生活水平的提高，对木材质与量的要求也在逐步的提高。 木材这种天然的材料有很多的优点，木材为天然的多孔性材料，吸声、隔音性能良好，木材纹理美观，色泽丰富，又能有效的吸附对人体眼睛有害的紫外线，因此使人视觉舒适、健康。人与木材接触时，四季温度相近，在木地板上行走时，软硬适当，又富有弹性，木材均给人以良好的触觉。但是木材也有很多的缺点，木材内部有亲水性基团（－OH），木材变异性质大，绝对强度小，导致易干缩、湿胀、变形、翘曲，影响木材的物理性质和力学性质。木材内部有菌类生存与繁殖的养料和条件，导致木材易腐朽、虫蛀等缺陷，导致产品性能差，附加值低。 1.2 研究的目的与意义 为了克服木材自身所存在的缺陷，提高木材的使用寿命、应用范围以及附加值，有必要对木材进行改性处理，通过一系列的改性技术，对木材进行物理、化学等处理，可以改善和克服木材自身的干缩湿胀大、尺寸稳定性差、易变色、不耐磨等缺陷，同时可以赋予木材某些特殊的功能，使低档的木材高档化，有效的利用木材，延长木材的有效使用寿命。这对我国建设资源节约型社会和保护环境，具有重要的战略意义。 2

2. 文献综述（国内外本研究领域的发展现状、趋势及问题等，并附参考文献） 2.1 国内外本研究领域的发展现状 木材的改性研究开始于20世纪30年代，其定义是改善或改变木材的物理、力学、化学性质和构造特征的物理或(和)化学加工处理方法。其目的是提高木材的天然耐腐(蛀)性、耐酸性、耐碱性、阻燃性、力学强度和尺寸稳定性。通过化学、物理或者生物介质作用于木材，增强木材的尺寸稳定性、耐久性、防腐性等性能，可分为主动改性(改变木材的化学性质）、被动改性（不改变木材的化学性质）及组合改性[1]。主动改性包括热改性和化学改性，被动改性包括浸渍改性和压密改性，组合改性（是指即包括主动改性又包括被动改性）包括压密化与热改性、热压与热处理等。 2.2.1 国内外对木材尺寸稳定性的改性研究 木材的干缩湿胀归根到底是由于水分渗透到微纤丝间，增加了纤丝之间的间隙，进而导致木材尺寸的变化，而在一定的条件下微纤丝之间间隙的增加是有限度的。如果在其充分润张的情况下，向这些间隙内填入某种物质，限制其在水分降低时恢复到原来的形态，即可达到稳定尺寸的目的。但木材中只有吸着水才能引起木材尺寸的变化，这部分水和木材是以化学键和氢键形式结合的，如果将木材内部的亲水基团（－OH）除去或者减少的话，这样可以降低木材的吸水率，增加木材的尺寸稳定性。 （1）高温热处理改性 高温热处理可以使木材中的羟基基团（－OH）相互结合脱出水分子而形成新的化学键，减少木材中极性基团羟基（－OH）的数量，降低木材的吸湿、吸水性，提高木材的尺寸稳定性。Tiemann[2] 利用高温窑干来降低木材的吸湿性及干缩湿胀性，研究表明热处理之后，木材的尺寸稳定性有很大的提高，木材的抗湿胀性可以提高到40%-70%。Navi等[3]在热处理的同时进行压缩密实化，结果表明：处理材的机械强度有所提高，吸水性有很大的降低，尺寸稳定性比较好。Petrissans等[4]对热处理材的吸湿性进行了研究，结果表明：热处理后的木材，接触角（θ）变大，疏水性有所提高。Tjeerdsma B.F.等[5]利用傅里叶红外光谱分析仪分析了热水处理的山毛榉和欧洲赤松的细胞壁材料的基团的变化和改性木的特征，在160℃的高温热处理阶段只有少数的乙酰化基团发生了裂解反应，大部分的乙酰基裂解反应发生在高温180℃处理阶段。通过乙酰化作用间接的测量易受影响的羟基含量，发现高温处理之后木材中羟基基团的数量减少，酯化反应发生在高温阶段，它有助于降低木材的吸湿性，提高木材的尺寸稳定性。Stamm等[6]报道了对木材进行热处理可以降低木材的吸湿性提高木材的尺寸稳定性和耐腐性。 曹金珍等[7]（1997）研究了热处理木材的水蒸气吸附热力学特性，结果表明高于150℃的热处理温度能显著的减少处理材的吸湿速率。孙伟伦等[8]（2010）以空气和氮气为传热介质，在180℃-240℃下处理落叶松，处理木材的抗胀缩率可以达到60% 。蔡家斌等[11]（2009）分别采用170℃、190℃、210℃对樟子松板材进行了热处理，处理后板材

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的吸湿性比对照组素材下降20%-50%，随着处理温度的升高，处理材的尺寸稳定性变强。李延军等[9]（2010）和李贤君等[10]（2011）对杉木和樟子松木材进行高温热处理，发现高温热处理的木材颜色变深，随着处理温度和时间的增加，处理木材表面液体润湿性降低，ASE可达到34.7%-51.18%。李家宁等[12]（2010）和李民等[13]（2011）研究热处理对橡胶木的尺寸稳定性，耐腐性和力学性质的影响，发现热处理温度与热处理的时间都是影响木材尺寸稳定性的因素。 （2）化学改性 木材的化学改性系指采用某些化学药剂，在有催化剂存在时与木材组分纤维素、半纤维素和木质素的活性基团发生反应生成共价键缔合，改变了木材的化学结构与化学组分，改善和提高了木材的某些特性。木材乙酰化是研究最早的木材化学功能改良技术之一，其原理是利用疏水性的乙酰基取代木材细胞壁中亲水性的羟基（－OH），从而减少木材中羟基的数量，并在细胞壁内部产生充胀作用，由此提高木材的尺寸稳定性。Becker等[16]（1998）证实了经过乙酰化处理过的木材，木材的尺寸稳定性有所提高，而且有助于增强涂料和胶黏剂在木材表层的结合力。Obataya等[14,15]（2008；2009）将醋酸酐和醋酸钾（催化剂）溶液体系浸渍到木材中，使之与细胞壁发生乙酰化反应，置换木材中亲水性的羟基，结果发现在120℃醋酸钾能有效的催化醋酸酐在木材上的接枝反应，用FTIR、XPS分析进一步证实了木材内部羟基数量的减少，木材内部结晶度增加，提高了木材的尺寸稳定性。 木材糠醇树脂改性是一个复杂的化学反应过程。在加热和有催化剂存在的条件下，糠醇低聚体发生线性、体型聚合，直至形成固体物质，期间伴随着糠醇单体或者聚合物与木材细胞壁高分子之间的反应，最后形成一个多分支、高度交联的糠醇聚合物和木材细胞壁化学组分的嫁接产物。Nordstierna等[31]应用核磁共振技术发现羟甲基和木材中的愈创木基木质素中的氢原子发生反应，增加了细胞壁的憎水基团，提高了木材的尺寸稳定性。Epmeier 等[32,33]报道，增重率（WPG）为48%的改性樟子松在65%的相对湿度下边材密度增加了36%抗胀缩率达到40%-70% 。Lande[34]发现改性木材的尺寸稳定性与增重率（WPG）成正比关系，测出32%和47%的糠醇处理木材的ASE分别为50%和70% 。Epmeier[35] 等报道，用糠醇处理后的欧洲赤松边材的平衡含水率及膨胀应变降到了30% ，蠕变变形显著降低。Esteves[36] 用70% 的糠醇混合液处理海岸松边材，WPG 平均为38%，平衡含水率降低40%，ASE达到45%，静曲强度增加6%，弹性模量有所下降。 早在20世纪60年代，出现了浸渍改性。Karpov等[17]（1960）就用聚乙烯和聚苯乙烯混合浸渍木材，经辐射固化制得塑合木其ASE可以高达70%和85%。Calleton等[18]（1970）利用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和PVC/PMMA混合试剂处理的木材，其抗胀缩性ASE分别高达87%和83% 。刘正宇等[25]（1998）利用甲苯异氰酸酯（TDI）处理松木，发现处理后的松木AES可达70%，尺寸稳定性好且持久，强度加强，但韧性

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有所下降。Solpan等[19]（1999）研究丙烯醇（AA）、丙烯腈（AN）和MMA制备的塑合木，结果发现3中塑合木力学性质、尺寸稳定性和耐腐性都有所提高。邱坚等[20]（2003）采用乙烯基类单体-丙烯腈（AN）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸（AA）三元共聚单体注入西南桤木木材中，制得的塑合木较没有出来的木材在顺纹抗拉强度、抗弯强度、断面硬度方面分别提高了76.7%，90.4%，102.3%，而吸水率降低56.7% 。Xie等[23,24]（2006）利用10%-20%浓度的DMDHEU溶液（1,3-二羟甲基-二羟基-乙烯脲）处理苏格兰松后，其抗胀缩系数ASE可以达到60% 。DMDHEU处理后基本不改变木材的弯曲强度，但是抗拉强度与抗冲击强度都有所下降。异氰酸酯基易与木材中的羟基发生反应，使木材中的亲水基羟基减少，从而达到尺寸稳定性的目的。李永峰等[21]（2009）选用甲基丙烯酸缩水甘油酯作为苯乙烯单体与木材羟基之间的偶联剂以增强苯乙烯单体与木材界面之间的结合，与没处理材相比抗胀缩率提高了3倍、弹性模量(MOE）提高了45% 。Saiful等[22]（2010）将5种热带树种用MMA和环已烷二异氰酸酯（HMDIC）按体积比1:1浸渍，获得的塑合木的结晶度和力学性质都有所提高。 用于木材浸渍的热固性树脂主要是脲醛树脂（UF）、酚醛树脂（PF）和三氯氰胺甲醛树脂（MF）。将低分子量的热固性树脂低聚体通过真空加压浸渍的方式浸渍木材，使其进入木材的内部结构中，然后通过加热聚合，使浸渍到木材内部的热固性树脂受热固化，来提高木材的尺寸稳定性、力学性质和耐腐性（吴玉章等[26]，2003）。方桂珍等[28]（1996；1997）研究了低分子量的三聚氰胺甲醛树脂固定压缩杨木回弹技术及树脂与木材的交联机理，处理后杨木的抗胀缩率为47%，阻湿率为36% 。钱俊等[27]（2001）采用脲醛树脂浸渍速速杉木后将其热压密实化，密实化的木材特性与热压时间、树脂浸渍量密切相关，密实化后杉木的静曲强度和弹性模量分别提高了42%，17%，吸水率降低了45% 。刘君良等[30]（2002）研究了酚醛树脂处理杨树木材，发现试材的顺纹抗压强度与抗胀缩率都随着PF预聚物量的增加而变强。 石蜡油浸渍改性将融化的石蜡油注入载有木材的处理罐中，然后对处理罐抽真空－加压，同时加热。完成浸渍后，将多余的石蜡油排出罐外。石蜡油填充了木材的细胞腔，改性材的密度增加，吸湿性显著降低，尺寸稳定性提高，木材的力学强度和耐腐性亦提高[37]。国内多将石蜡油处理法用于家具，特别是红木家具面板及室外地板和平台处理。国内外关于乳化石蜡的浸渍改性方面的研究还处于起步阶段，发展前景广泛。 （3）其他改性技术 组合改性技术压密化改性是先对木材进行汽蒸或水煮，使其软化，然后在热压机上将木材热压至预定厚度，从而改善木材的密度和强度。压密化处理材表面的密度和力学强度显著提高，但由于木材具有弹性，当压力消失后，环境湿度变化时，木材会产生弹性恢复。因此，采用压密化与热改性相结合的方式，可显著提高处理木材的尺寸稳定性及力学强度。组合改性技术可适用于杨木、马尾松、杉木等人工林树种的改性，提高其附加值。生产工艺具有环境友好，加工成本低等优点，在欧洲和我国均已进入

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中试生产阶段。如浙江某企业已将压密化与热处理组合改性技术，用于杨木实木地板生产中，应用前景广阔。 纳米材料填充木材改性与20世纪末10年相比，纳米材料改性木材是最近10年中国木材功能性改良的一个新的研究热点 。木材内部细胞壁上的微细纤维之间具有容纳纳米粒子的纳米空间，并存在能与纳米粒子结合的活性基团。可用溶胶-凝胶法( Sol-Ge1) 、原位插层合成法、注入填充法等，形成木材/无机纳米复合材料，使木材的原有性能均能有不同程度的提高，甚至可能产生新的性能。利用 Sol-Gel法可制备具有纳米结构的 SiO2气凝胶，通过真空/加压注入木材中形成性能优异的木材纳米复合材料[38]。以酚醛树脂为中间介质将蒙脱土引入木材中，制得木材/蒙脱土纳米插层复合材料的吸水膨胀性显著降低，尺寸稳定性提高，顺纹抗压强度增大，热稳定性明显提高[39]。利用脲醛( UF) 树脂和纳米 SiO2等试剂通过减压加压方法浸渍处理杨木，并经加热制成的 UF/SiO2/ Wood 复合材料的尺寸稳定性、抗吸水性和硬度均有一定程度的提高[40] 。 2.2.2 国内外对木材耐腐性的研究 木材防腐技术的发展已经有很长的历史。在18世纪,人们就开始将AgCl和CuSO4用作木材防腐剂。19世纪30年代,Moll发明了将煤杂酚油用作木材防腐剂的专利,贝塞尔(Bethell)发明了用满细胞法对木材进行防腐处理,这2项专利的应用在很大程度上促进了木材防腐的工业化发展。在至今为止的近170年的时间里,木材防腐剂的种类逐渐增多,相应的木材防腐处理工艺也在不断发展。在防腐处理木材的用途方面,从最初单一用途逐渐向多用途方向发展。 （1）物理改性 木材的物理改性是指采用机械、涂刷、药剂充胀细胞、热处理等木材处理方法来改善木材的防腐性能，木材组分不与处理药剂发生化学反应(或无需处理药剂)。热处理方法是其中研究最为广泛并实现工业化应用的一种物理改性方法，其处理工艺是将木材放人密闭的加热容器中加热到一定的温度(通常为180～250℃)，保持一定的处理时间。经过热处理后，木材的主成分发生降解等现象，如半纤维素在热的作用下产生糠醛等吸湿性弱的物质，另外纤维素分子链之间的氢键结合加强以及木素的降解和重新聚合都会使木材的吸湿性降低，从而不能满足菌虫生活所必需的水分。 木材的热处理可以通过不同的途径达到，包括空气加热、真空加热、水浴加热、油浴加热、水蒸汽加热和射频加热等。Brischke等[40]对油浴加热处理后银冷杉和欧洲云杉的实验室耐腐性进行了评定。结果表明，经过220℃处理4h的两种木材均没有被包括粉孢革菌、绵腐卧孔菌和彩绒革盖菌在内的三种试验菌所腐朽，而经过180℃处理4h的木材则产生了一定程度的腐朽。Scheiding等[41] ( 2005 )依据欧洲标准EN113(实验室检测) 和EN252( 野外检测)测试了9个欧洲生产商生产的5个树种共计13种热处理木材的耐菌腐能力，结果表明，所检测的热处理产品均具有很好的耐腐朽能力，耐久性等级分类可达“稍微耐久”至“耐久”。D. P. Kamdem 等[42]研究了热处理材的室内耐腐性，表

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明高温处理使木材组成发生变化，寄生于木材的虫类及菌类不能获得充足的营养成分而死亡，使木素裂解、交联、形成更为稳定的结构，延长了木材的使用寿命。Francis 等[43]就褐腐菌对热处理材的影响做了研究，结果表明木材经湿热处理并密实化处理后，不仅提高了其尺寸稳定性，而且还减缓了菌丝在管胞的次生壁方向和木射线组织方向上的生长速度，因此降低了菌类对木材的侵蚀程度。陈人望等[44]( 2010)和马星霞等[45]( 2011) 对樟子松热处理材进行室内防霉、防蚁蛀及野外埋地检测，樟子松热处理材对霉菌的平均防治效力提高了25%。李家宁[46]等 ( 2010 ) 和李民等[13] ( 2011 ) 研究热处理对橡胶木( Heveabrasiliensis) 褐腐和力学性能的影响，结果是热改性木经褐腐培育后，其质量损失率由未处理材的55. 93% 减少到 11. 63% ，耐久性由不耐腐等级提高到耐腐等级。 （2）化学改性 木材的化学改性是指采用某些化学药剂，在有(或无)催化剂存在时与木材组分——纤维素、半纤维素和木素中的活性基团发生反应形成共价键联结，改变木材的化学结构与组成，从而改善或提高木材的某些性质。通过降低木材的吸湿性、硬度和真菌生存的养料，从而达到防腐目的。 Rapp等[47]用三聚氰胺树脂对欧洲赤松边材等木材进行改性处理，并进行了白腐菌和褐腐茵的耐腐性实验。结果表明，改性后木材的耐腐性明显提高。Westin等[48]用三聚氰胺一甲醛树脂和硼酸溶液对欧洲赤松边材进行改性处理，也得到了类似的结论。Westin等[48]进行了9种改性处理后松木的耐腐性实验。其中包括：1)乙酰化处理；2)甲基化三聚氰胺树脂(MMT)处理；3)乙酰化处理，然后进行MMT处理；4)热处理；5)糠基化处理；6)马来酰(基)化处理；7)琥珀酰化处理；8)NMA(n-羟甲基丙烯酰胺)改性处理；9)活性亚麻子油衍生物处理。其中经过乙酰化处理、MMT处理和糠基化处理的松木具有良好的抗腐朽菌的能力；乙酰化处理和糠基化处理可以有效地防止白蚁的攻击；马来酰(基)化处理的木材在实验室实验中有良好的防腐性能，但对海生钻孔虫类的防腐性能差。Takahashi等[49]对乙酰化处理的日本柳杉、赤松和圆齿水青冈边材的研究结果表明，当乙酰化度达到20％时，试材对褐腐菌的重量损失率为0；对于白腐菌，试材的乙酰化度要达到12％～15％，才会有较好的防腐效果。Brelid等[50]参照欧洲标准EN252，在瑞典和芬兰进行了乙酰化欧洲赤松边材的野外耐腐性实验。实验结果表明，乙酰化度为20％的木材与CCA处理材的防腐等级相当，经过5年与土壤接触实验后，腐朽等级均低于1级(轻微腐朽)。 方桂珍等[53,54]( 1996; 1997) 研究了低分子质量三聚氰胺甲醛( MF) 树脂固定压缩杨木回弹技术及树脂与木材的交联机制，有效的提高了木材的耐腐性。欧阳明八[51]和蒋明亮等[52]分别用不同的化学改性剂对马尾松和杨木进行改性处理，处理后的木材基本可达到强耐腐等级。Xie等[23]( 2005; 2006)发现DMDHEU处理增强了处理木材在自然和人工老化条件下的耐老化能力，涂料和胶黏剂在处理材表面的相互作用也得到加强，

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显著增强了漆膜的抗老化能力。李永峰等[21]( 2009) 选用甲基丙烯酸缩水甘油酯作为苯乙烯单体与木材羟基之间的偶联剂以强苯乙烯单体与木材之间的界面结合，与未处理木材相比褐腐菌培养3个月后质量损失( 7%) 明显较未处理材( 79%)。 2.2 木材改性所存在的问题 通过木材改性虽说可以改善木材的某些特性，但在提高某些特性的同时也降低了其他的一些特性，也就是说不同的木材改性都存在各自的缺陷，如热处理会使木材的部分力学性能降低，木材表面会因高温炭化而木材表面的颜色发生变化；乙酰化处理后的木材会有乙酰化试剂残留，还需要后续的处理，有些改性后的木制产品存在环境污染和对人体造成伤害等问题。改性处理木材的耐腐性及抗虫蚁性仍然较差，加工成本也比较高，并且难浸注和较厚木材的改性技术仍是难题等等，因此工业化应用比较困难。 木材改性技术产业化刚刚起步,尚无相关的国家质量标准和规范。近年投放市场较多的热处理(物理)木产品,已出现质量良莠不齐、价格差异较大的现象。市场的规范化和产品质量评价体系的建立迫在眉睫,对于引导改性木行业的形成和发展至关重要,应引起重视。 2.3木材改性的发展趋势与前景 随着对木材研究的深入,木材改性技术愈加完善,方法愈加多样化。未来木材改性技术的发展特征： 1)以环境保护、人生安全为前提,建立严格的控制体系,是木材改性技术走向产业化生产的基本保证。 2)在较长一段时间内将以化学改性方法为主,辅以物理和机械的方法,进一步提高改性药剂的利用率和降低处理成本。 3)随着人们需求的多样化,多功能性也是木材改性发展的主要方向之一,不仅是提高木材的材性,而且要赋予木材防腐和阻燃等多种性能。 4)随着对木材基本理化性能研究的逐步深入,木材的导电及远红外放射性和吸收性,逐渐成为木材改性新的发展方向。 5)提高装饰性和产品附加值,也将成为木材改性主要的发展方向之一。 8

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二、研究方案

1. 研究内容、研究目标、技术路线及拟解决的关键问题 1.1 研究的内容 1.1.1 乳化石蜡对松木的改性研究 1）优质乳化石蜡制备工艺的选择； 2）浸渍木微观结构以及乳化石蜡渗入量与松木材性的关系； 1.1.2 乳化石蜡/单宁混合液对松木的改性研究 1）乳化石蜡与单宁最佳混合工艺的； 2）浸渍木的材性研究； 1.1.3 满细胞工艺法中，最优参数选择 1）正交试验的选择与设计； 2）不同浸渍工艺与浸渍量的关系； 1.1.4 高温炭化工艺对松木材性的影响 1）高温炭化工艺中温度对松木材性的影响； 2）高温炭化松木的内部结构研究； 1.2 研究的目标 乳化石蜡与单宁最佳的混合工艺以及最佳高温炭化工艺的确定，探讨乳化石蜡、乳化石蜡/单宁混合液以及高温热处理对松木材性的影响，并从中确定最佳的改性工艺，提高松木的尺寸稳定性、耐腐性、力学性质、ASE、降低木材的吸水、吸湿性等材性。 1.3 拟解决的关键问题 1）乳化石蜡与单宁混合比例，加热温度以及加热时间的确定； 2) 确定最佳的满细胞浸渍工艺参数； 3）松木内部微观结构变化情况； 13

1.4拟采用的技术路线 云南松乳化石蜡、单宁浸渍改性工艺研究 乳 化石蜡配制 乳 化 石 蜡 、 单 宁 混 合 工 艺 满 细 胞 浸 渍 工 艺 高 温 炭 化 处 理 性能、衡量指标评价 云南松乳化石蜡、单宁浸渍改性工艺验证 14

2. 拟采用的研究方法、实验方案及可行性分析 2.1 拟采取的研究方法及实验方案 总体方法：理论分析+实验验证+设计实例 2.1.1 研究内容一：乳化石蜡的制备以及对性能的检测 1）试验目的：乳化石蜡的各种特性，如：稳定性，流动性，颗粒性等均与石蜡的用量、乳化剂的种类与加入量、水的种类与加入量、加入的方式、乳化温度、乳化时间、搅拌器的转速等有关，所以必须选择最佳的乳化工艺条件。 2）理论依据：查阅国内外与乳化石蜡制备相关的文献，了解到乳化石蜡的制备工艺已经相当成熟，所以可以选择比较优化的工艺流程来制备实验所需的乳化石蜡。 3）试验材料 液体石蜡、司班80、吐温80、蒸馏水； 4）试验设备 a、恒温水浴锅； b、可控搅拌器； c、电子天平（0.001g）； d、铁架台等； 5）检测仪器 a、电子显微镜（SEM）；b、粘度计；c、离心分离机； 6）试验过程 a、称取100g的液体石蜡放入500ml的三口瓶中（三口瓶放置于温度为75℃的恒温水浴锅中），调整搅拌器的转速为800r/min ，然后加入16.6g的司班进行搅拌； b、搅拌均匀后加入17.4g的吐温，搅拌均匀后缓慢的加入200g的蒸馏水，并计时搅拌45min； c、待乳化石蜡冷却后取出，并用磁力搅拌器、粘度计、电子显微镜来检查乳化石蜡的稳定性、流动性和颗粒大小； 注：复合乳化剂总量：液体石蜡量：蒸馏水量=1:3:6，吐温80:司班80=1.49:1.43，HLB=10—15。 2.1.2 研究内容二：乳化石蜡与单宁混合工艺的研究 1）试验目的：乳化石蜡/单宁混合液的稳定性、流动性、颗粒大小等都直接影响混合液的渗入量和渗入深度，对提高松木的材性影响较大。而乳化石蜡/单宁混合液的稳定性、流动性、分散性以及颗粒大小与乳化石蜡和单宁的混合比、混合温度、加热时间有关。本试验重在探寻最佳的乳化石蜡和单宁的混合比例、加热温度、加热时间。 2）理论依据：根据正交试验设计的原则，正确的选用正交试验表和设计正交试验，对试样结果用极差分析法或者方差分析法，确定因素的最佳水平。 3）试验材料 a、单宁（购置）； b、乳化石蜡（配制）；

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4）试验设备 a、恒温水域箱； b、可控搅拌器； c、电子天平（0.001g）； d、铁架台等； 5）检测仪器 a、电子显微镜（SEM）； b、粘度计； c、离心分离机； 6）试验设计 a、正交试验法； b、因素及水平： 单宁：乳化石蜡（暂定）=1:20、1：15、1:10； 加热温度：50℃、60℃、70℃； 加热时间：30min、40min、50min； c、试验指标：颗粒尺寸、粘度、稳定性； 7）试验过程 a、根据L9（34）正交试验表，进行9组探寻性试验； b、对9组试验所配制的乳化石蜡/单宁混合液先进行颗粒尺寸、稳定性、粘度的测量，并对三个指标分别进行统计学分析，确定乳化石蜡与单宁混合比、加热温度、加热时间。 2.1.3 研究内容三：满细胞工艺条件对浸渍液渗入量影响，浸渍木内部微观结构的研究。 1）试验目标：探寻不同的真空度时间、加压大小、加压时间与木材增重率的关系。 2）理论依据：对木材进行真空抽提处理，有利于木材内部的空气向外界扩散，对木材进行加压浸渍处理可以提高浸渍液的渗入量以及渗入深度。 3）试验材料 a、绝干的松木素材（已称重，420×50×10mm）； b、乳化石蜡适量； c、乳化石蜡/单宁混合液； 4）试验设备 a、真空浸渍灌； b、真空泵； c、电力加压机； 5）分析设备 a、电子天平（0.01g）；b、电子显微镜；c、傅里叶变换红外光谱仪； 6）试验设计 a、正交试验法； b、因素与水平：真空时间=20、30、40min；压力大小=0.5、0.7、0.9Mpa； 加压时间=40、50、60min； c、常量：真空度=－0.8Mpa；卸压时间=20min; 7）衡量指标：增重率； 8）试验过程 a、根据正交试验表L9（34），分别进行9组探索试验，并将浸渍完毕的试件放入（103+3）℃的干燥箱中进行绝干处理；

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b、对所得的9组试件的绝干数据进行统计分析，并从9组试件上切取一定尺寸的小木块，对小木块进行切片与压片处理。 c、用傅里叶变换红外光谱仪、电子显微镜对试件进行表征处理； 2.1.4研究内容四：高温炭化处理工艺对素材、乳化石蜡浸渍材、乳化石蜡/单宁浸渍材内部微观结构与材性的研究。 1）试验目标：了解不同的炭化温度对素材与处理材内部结构以及材性的影响。 2）理论依据：高温热处理会引起木材内部纤维素、半纤维素、木质素等成分的降解以及重新组合，对木材的材性有一定的影响。 3）试验材料 a、素材（400×50×10mm）适量； b、乳化石蜡浸渍材（400×50×10mm）适量； c、乳化石蜡/单宁浸渍材（400×50×10mm）适量； 4）试验设备 a、半自动控制高温蒸汽式干燥箱；b、数显鼓风干燥箱；c、恒温恒湿箱； d、恒定湿热试验箱；e、耐腐性菌种培养基； 5）分析仪器 a、津岛万能力学试验器；b、电子游标卡尺；c、电子天平（0.01g）； d、电子显微镜；e、傅里叶变换红外光谱仪； 6）试验设计 单因素试验法 a、变量及水平:炭化温度=180、200、220℃； b、常量：炭化时间=2h；升温速度=10℃/h（100℃以下）+ 1℃/h（100℃以上）； 7）衡量指标：ASE、增重率、耐腐性、横纹弯曲强度、横纹弹性模量、硬度； 8）试验过程 a、将素材和浸渍处理材放入半自动控制高温蒸汽干燥箱中，按照操作流程对其进行高温炭化处理； b、按照GB/T1928－2009（木材力学试验方法）、GB/T1932－2009（木材干缩性测定方法）、GB/T1934－2009（木材吸水性测定方法）、GB/T13942.1－92（木材耐腐性试验方法－木材天然耐腐性实验室试验方法）的要求对其高温炭化处理材和没高温炭化处理材进行材性检测； c、对高温炭化处理材进行切片和压片处理，用SEM、FT－IR对其进行表征；

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2.2可行性分析 已对文献进行了大量的阅读与研究，对乳化石蜡的制备、满细胞工艺法、高温热处理工艺都有比较全面的了解，部分的研究内容已经开展了预备实验进行研究，具有较强的可操作性和理论依据，因此本实验方案是切实可行的。 3、本研究的特色与创新之处 本研究创新之处是采用了乳化石蜡、乳化石蜡/单宁浸渍液对木材进行改性，为了达到理想的效果，实验中用满细胞工艺对松木进行浸渍处理，提高了渗透量。最后比较和研究高温炭化处理对松木（素材、处理材）材性的影响。 本实验所使用的乳化石蜡和单宁都是无毒、无污染试剂的，对环境和人体健康不会造成任何影响。而且本实验是多功能改性研究，是木材改性发展的主要方向之一,提高木材的尺寸稳定性、耐腐性、硬度的同时,也提高了木材的耐光老化性。 4、研究计划及预期研究结果 本研究具体进度计划如下： 13年03月前： 收集资料、文献阅读分析，确定试验方案，提交开题报告； 13.03～13.05： 完成研究内容一，提交研究报告一； 13.06～13.08： 完成研究内容二，提交研究报告二； 13.09～13.12： 完成研究内容三，制定研究方案四； 14.01～14.03： 完成研究内容四，提交研究报告三、四； 14.04～14.06： 论文撰写修改，定稿并为答辩做好准备； 预期研究结果： 1）、在国内核心刊物发表1篇以上学术论文，完成硕士学位论文； 2）、本次实验可以有效的提高木材的尺寸稳定性、耐腐性，降低吸水和吸湿性，对力学性能有所提高。 18

三、研究基础

1、已参加过的相关研究工作和已取得的研究工作进展 在以上的实验方案中，本人已经参加了乳化石蜡的配制，所配制的乳化石蜡性能比较稳定，符合实验的要求。对单宁与乳化石蜡的混合也做了一些研究，但是不够深入具体。在对满细胞工艺法的试验中，发现真空度越高，越有利于浸渍液的渗入，对松木的材性改性越好。高温炭化处理松木时，对松木的力学性质、材色有一定的影响，而且炭化处理过的木材具有一定的耐光性。 2、已具备的实验条件，尚缺少的实验条件和拟解决的途径 木质科学与装饰工程学院木材干燥实验室、木材化学实验室和木材力学实验室可供本研究利用。主要设备有半自动手控蒸汽干燥箱、真空浸渍加压器、5吨日本岛津力学实验机、傅里叶紫外变换光谱仪、电子显微镜、恒温干燥箱、大范围可调恒温恒湿箱及常规实验仪器，可为本研究材料的准备、检测提供设备支持。 本研究中缺少加压效果更好的压力机，而且缺少对浸渍液的抗流失性和耐蚁性实验，如果实验设备等条件容许，期待能有后期研究。 3、研究经费预算和经费落实情况 19

四、导师对开题报告的评价

（就硕士生对国外研究现状的了解情况、研究内容、研究方法、预期成果等方面予以评价） 导师签字： 年 月 日 五、开题报告小组评议意见

组成 组长 成员

姓名 职称 20

工作单位 本人签字

六、学科审查意见 学科对开题报告的意见： 学科负责人签字： 年 月 日

七、学院审查意见 学院对开题报告的意见： 主管（副）院长签字： 年 月 日 西南林业大学研究生处制

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