【摘 要】
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速生材资源丰富,来源广泛,但是材质较差,因而其使用受到限制。本论文对速生材巴尔杉木（Ochroma pyramidale）进行细胞壁改性研究,旨在通过细胞壁增强改性和膨胀处理达到提高木材性能并降低其密度的目的,同时探讨了细胞壁的改性机制。首先研究木材的细胞结构、化学组分及其分布;其次,利用低分子量的糠醇对木材细胞壁进行改性,研究糠醇浓度对木材物理力学和防水性能的影响,探索糠醇与木材细胞壁聚合物的作
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“基于微界面重构的纤维素膜相变储能特性调控机制”（项目编号:31960293）；
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速生材资源丰富,来源广泛,但是材质较差,因而其使用受到限制。本论文对速生材巴尔杉木（Ochroma pyramidale）进行细胞壁改性研究,旨在通过细胞壁增强改性和膨胀处理达到提高木材性能并降低其密度的目的,同时探讨了细胞壁的改性机制。首先研究木材的细胞结构、化学组分及其分布;其次,利用低分子量的糠醇对木材细胞壁进行改性,研究糠醇浓度对木材物理力学和防水性能的影响,探索糠醇与木材细胞壁聚合物的作用机制。在此基础上,利用泡沫的膨胀机制进一步研究其对木材的膨胀作用,通过单宁-糠醇泡沫对木材进行膨胀处理,制备了单宁-糠醇泡沫基木材,并对其物理力学性能、防水性能和热学性能进行研究。主要研究结果如下:（1）巴尔杉木具有密度小、细胞腔大、细胞壁薄和空隙率高的特点,其化学组分由纤维素、半纤维素和木质素构成。木质素的含量相对较低,其主要单元结构为紫丁香基。此外,该木材的结晶度较小,力学强度较差。接触角测试和体积膨胀率测试表明巴尔杉木具有较高的渗透性和浸润性,糠醇、马来酸酐和单宁水溶液对其润胀效果明显。化学预处理后细胞角隅出现裂隙,细胞壁分层明显,空隙率增大,更有利于改性剂的渗透和润胀。巴尔杉木的细胞结构特性和润湿性为细胞壁改性提供了有利条件,化学组成的研究为揭示细胞壁的改性机制奠定基础。（2）糠醇（FA）改性剂分子量小,与木材细胞壁具有很好的相容性,能够渗入木材细胞壁,并对其进行化学改性。研究表明,随着FA浓度增大,增重率（WPG）和密度增大,从而抗湿胀率（ASE）和尺寸稳定性提高;化学预处理增加了糠醇树脂与纤维间的相互作用,WPG进一步提高,树脂在木材内的分布更加均匀。与素材相比,糠化木材的顺纹抗压强度和硬度分别提高303%和190%,同时改性材表面疏水性能提高。荧光显微镜、SEM和CLSM分析表明,糠醇树脂更倾向于沉积在木质素浓度较高的区域;TG、FTIR和NMR分析表明,PFA与木材细胞壁中的木质素存在木质素-CH2-PFA连接作用,解释了PFA树脂对木材细胞壁增强的作用机制。（3）单宁-糠醇泡沫基木材膨胀显著,在宏观上表现为体积膨胀,其膨胀率为12.5%;在微观上表现为木材细胞壁增厚,最大增厚率达到150%。化学预处理后的泡沫基木材中,膨胀酸性亚氯酸钠处理木材（TFDWA）的体积膨胀率比膨胀碱性亚硫酸钠处理的木材（TFDWB）和膨胀素材（TFCW）更高,其膨胀率为17.5%,但是密度更大,为0.377 g/cm~3。与糠化木材相比,泡沫基木材膨胀率提高,WPG和密度均减小,其WPG和密度分别为100%和0.238 g/cm~3。泡沫基木材力学性能和表面疏水性均有所提高,与素材相比,静曲强度、顺纹抗压强度和拉伸强度分别提高了15%、100%和169%;与糠化木材相比,泡沫基木材除了顺纹抗压强度略差,其他性能都相对较优。TG-IR联用分析表明,泡沫基木材在燃烧过程中组分之间没有相互作用,燃烧降解过程中不会释放大量的有机化合物和多元芳香烃,为制备轻质高强度木材提供了一种可能。
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