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什么是人工林杨树木材改性技术?

人工林杨树木材改性技术主要解决杨木材质松软、强度低和尺寸稳定性差等问题,以提高其利用价值。杨木改性主要有以下几个方面:

(1)改善杨木视觉特性

人造装饰单板是一种新型的表面装饰材料,意大利、日本等国20世纪70年代就开始试制和生产,起步较早,进展也较快,到90年代中期,该产品进入我国市场,很快受到用户青睐,成为装饰贴面和家具生产首选材料之一,先后在湖南、江苏、陕西等地建成了以杨木等木材为原料的人造装饰单板生产线,效益显著,可使木材增值大于200%。以杨木为原料,综合应用木材染色、胶接、模压、电脑模拟设计等技术制造的表面装饰材料,因其外观色彩丰富,被广泛用于建筑、室内装潢、家具制造等多个领域。

(2)改善杨木的物理力学性能

杨树木材密度每立方厘米只有0.352~0.544克,因此力学强度差,表面硬度、耐磨性低,限制了其使用。近年来广泛研究开发以各种方法对低密度木材进行强化处理。主要有以下几个方面:

①化学改性 可以用于对木材进行改性的化学品(称为改性剂)很多。能否适用,取决于该化学品对木材的浸注性能、与木材内组分的相互作用的结果对木材性能的影响、改性剂的制备工艺及稳定性、对改性木材成本的影响等。我国开展研发的处理工艺有以下几种:

A.改性三聚氰胺树脂 用改性三聚氰胺树脂处理杨木,提高杨木人工林木材表面硬度以及尺寸稳定性、静曲强度、抗压强度等力学性能。改性三聚氰胺树脂(一种甲醛与三聚氰胺组合并经麦芽糊精改性的产物)浸渍处理杨木,工艺过程为:将含水率为8%~12%的木材放入浸渍罐中,采用抽真空和加压的方式使树脂浸入木材;卸压,并进行气干,含水率降至30%后进行窑干,逐步升温,最高温度为130℃,保持6小时,使树脂完全固化。树种、树脂的物理化学性能、浸渍和干燥设备运行参数等影响工艺参数和改性效果。杨木经改性三聚氰胺改性处理后密度增加,除冲击韧性有所降低外,其他性能例如抗弯强度、顺纹抗压强度等均明显提高,硬度提高1倍左右,尺寸稳定性得到改善,从而扩大了其使用范围。处理杨木素板板材甲醛释放量每升1.9毫克(干燥器法),油漆后达到我国标准所规定的E1级(≤1.5毫克/升),接近日本的Fc0级(≤0.5毫克/升)。本项技术与国外同类技术相比,成本大幅下降,游离醛得到有效控制。

B.酚醛树脂 采用低分子量酚醛树脂改性大青杨木材,处理材的物理力学性质得到显著改善,10%浓度处理材的顺纹抗压强度为48.55兆帕,提高23%,抗弯强度为108兆帕。处理材尺寸稳定性效果明显,浓度为10%的处理材的ASE湿达69%,ASE水为75%,MEE达52%。也有用改性脲醛树脂及无机硅化物等对杨木进行改性处理的。

②物理化学改性 对低密度杨木有时仅用树脂改性往往达不到预期效果,需要进行物理压缩方法。一般采用浸注树脂与压缩相结合的办法提高木材力学性能。国内使用的树脂主要有三聚氰胺—甲醛树脂、脲醛树脂(UF)和酚醛树脂等。

(3)热改性处理技术

荷兰Royal Dutch Shell公司在进行木材化学方面研究的基础上,开发出Plato热改性木材生产技术,在荷兰的Arnhem建立年产量5万米3的工厂。该技术使不耐腐朽的木材,如苏格兰松、挪威云杉、花旗松、辐射松、杨木等材升级为耐腐朽的木材。Plato热改性木材耐久性能可以通过欧洲木材防腐标准试验(根据ENV807土壤木块试验24周),机械加工性能(锯、刨、铣)与其他木材没有不同,木材干缩湿胀减小,产品尺寸稳定性能得到提高。Plato热改性木材弹性模量(MOE)增加0~10%,抗弯强度(MOR)降低5%~25%。Plato热改性木材油漆性能好于或至少等于现在的木材,胶合性能优于未处理木材。利用LCA和LCC方法评价Plato热改性木材,热改性木材电线杆在环境冲击方面最小,在环境维护和制造成本方面总和是最小的。