木材苯醇抽提物胶合效应的研究

木材苯醇抽提物胶合效应的研究

云南德宏和云南西部地区广泛种植木尔塔杏树。其木材为热带阔叶材,具有优良的尺寸稳定性和耐水、耐腐、耐久性,且木材的花纹色泽美观,是制作高档家具、地板,以及用于室内外装饰的好材料,为世界公认的著名珍贵木材。在实际生产应用中,柚木木材是一种难胶合的木材。柚木木材表面所呈现明显的墨线和颜色较深的油斑表明柚木木材是油质较重的木材,其可能是柚木木材胶合性能不佳的主要原因。为了了解柚木木材所含的油性物质对木材胶合性能的影响,本项研究以典型易胶合材——西南桦(Betulaalnoides)为载体和参照材,用柚木木材的苯醇抽提物液(Liquidextractivesofbenzene-alcoholfromteak,简称:LEBAT)涂刷在西南桦木材表面,与未经LEBAT涂刷的西南桦木材的润湿性和胶合性能作对比分析,以此了解柚木苯醇提取物对西南桦木材胶粘剂三聚氰胺改性脲醛树脂胶(MUF)胶合效果的影响。1材料和方法1.1试验材料和设备(1)g/cm3参试的柚木木材产自云南红河,其木材的气干密度为0.645g/cm3,含水率为9.02%。西南桦木材为易胶合参照材,产自云南蒙自,其木材的气干密度为0.626g/cm3,含水率为9.28%。(2)粘合剂三聚氰胺改性脲醛树脂胶(MUF),实验室自制,其主要技术参数如表1。(3)提取溶剂的选择由于柚木木材中所含的脂肪、脂肪酸等亲油性物质是主要的提取物质,故本试验以苯醇为抽提溶剂。除此之外,在其木材的苯醇抽提物中还含有单宁等。(4)测试设备精截锯、平刨、热压机、万能力学试验机、JC2000A型接触角/界面张力测量仪、500mL索氏抽提器等。1.2测试方法(1)表面处理的确定取自然气干的西南桦径切材,将其加工成长×宽×高=30mm×15mm×10mm的两组试件,每组试件数n=12个。一组用柚木木材的苯醇抽提物液(LEBAT)对试件作表面处理(简称:处理材),一组试件表面不作LEBAT处理,作参照(简称:参照材)。胶合试件的规格按GB/T14074-2006中的规定执行,胶合试件的胶合条件:涂胶量为120g/m2(单面),热压温度为120℃,热压压力为1Mpa。(2)用木木材醇提取物溶液的提取按国标GB/T2677.6-1994《造纸原料有机溶剂抽提物含量的测定》规定的方法,使用500mL索氏抽提器制备LEBAT。(3)接触角的测定表面接触角是用以检测液体对固体润湿程度的关键指标之一。将参照材试件分别放入接触角测量仪的样品池中,将0.001mL的蒸馏水和本实验用MUF分别滴在参照材表面,测定每一液体与试件之间接触角。(4)性能测试方法采用国标GB/T14074-2006《木材胶粘剂及其树脂检验方法》和GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》对胶合强度和木破率的评价方法以及表2所示的对胶合有效性的评价方法。2结果与分析2.1西南桦木材试件表面与液体的亲和性差异MUF和蒸馏水对处理材和参照材的表面接触角的测定结果如表3。从表3可知:处理材表面的润湿性明显比参照材差。由于木材的润湿性除了取决于所用液体的粘度等物理性状外,还取决于木材表面的孔隙度和对液体的亲和性等。因此,表3所示的处理材及参照材接触角的差异指出:当所用液体性质一定时,经LEBAT作木材表面处理后改变了本来润湿性很好的西南桦木材试件表面的孔隙度或对水和MUF的亲和性。前者可能是因LEBAT的干涸体堵塞了其木材表面的部分空隙,从而影响胶液的物理渗透和胶钉结合效应的形成;后者可能是LEBAT的油性与水、MUF的不相溶性,从而影响了西南桦木材试件表面与MUF良好胶合效应的形成。以此表明MUF与蒸馏水对西南桦木材试件表面接触角的差异在于其自身物理性质的不同。2.2胶合强度的分析处理材和参照材的MUF胶合性能及其评价结果如表4所示。其中,按文献提出的胶合有效性将处理材试件分成了3组。根据上述对西南桦处理材及参照材润湿性的讨论,经LEBAT处理过的西南桦既不会有良好的胶合强度,也不会有满意的木破率;然而,表4中的实测结果却表明:LEBAT不但没有降低西南桦木材试件的胶合强度(3.44Mpa),反而,除了第三组以外,总体上提高了西南桦木材试件的胶合强度(至4.01Mpa);LEBAT降低的只是其木破率。进一步地从表4看出,3组处理材的胶合性能呈现出共同规律:其胶合强度与木破率呈现出明显的反比关系;胶合强度越高则木破率越低。依木材的胶合性能(包括胶合强度和木破率)是胶层、过渡层和胶钉加强层的化学、物理和机械结合效应的总成这一观点来看,则可分析为:第一组试件没有形成完整的胶合层,只有胶层,但无过渡层和胶钉加强层;LEBAT加强了其胶层的化学结合效应,但缺乏过渡层的物理结合效应和过渡层和胶钉层的机械结合效应,因此虽然具有很高的胶合强度(4.67Mpa),但木破率却为零(图1-a)。实际上,这是一种特别无效的胶合。第二组试件也没有形成完整的胶合界面,只有胶层和过渡层,但无胶钉加强层;胶层和过渡层一起形成的胶合强度大于过渡层外侧表层木材的横纹抗拉强度,造成以破坏表面存有浅薄木丝特征的紧靠过渡层的木材的破坏,因此表现出较高的胶合强度(4.16Mpa)和较低的木破率(26%,图1-b)。这也是一种无效胶合。与第一、二组试件根本不同,第三组试件所形成的是完整的胶合层,即:拥有良好的胶层、过渡层和胶钉加强层,其胶合强度(3.11Mpa)虽然不如第一、二组试件高,但木破率却非常高(98.8%,图1-c)。显然,这是一种良好的有效胶合。同时还可看出:由于其破坏面均发生在胶合层外侧的木材部分而不是胶合层内的任一层面,因此其所谓的有效胶合体现出来的并不是胶合层的胶合强度,而是木材的横纹抗拉强度。实际上木材的横纹抗拉强度本来就应该低于经LEBAT加强了的胶合层的胶合强度。综上可知,LEBAT可以加强胶层的化学结合效应(表4中的第一、二组试件),但却有碍胶钉层的机械胶合效应。由此可以判断:造成西南桦木材试件胶合性能不佳的主要原因应该是涂刷在其试件表面的LEBAT干涸物部分或几乎全部填充甚至堵塞了木材表面的空隙,从而影响了其木材试件的物理渗透性和胶钉结合效应。由此可分析柚木木材的苯醇抽提物对木材MUF胶合效果的影响。尤其对柚木人工干燥材而言,因为人工强制快速干燥会加剧柚木木材的苯醇抽提物向其表面大量迁移,并随水分的逸散而干涸、沉淀在木材表面,从而妨碍胶液的渗透和胶钉层的形成。至于LEBAT产生的化学结合增强效应(而不是预计中的胶合界面的油层障碍效应),很可能是LEBAT本身的一些基本性质和经温度、pH环境等处理后胶合条件改变了的一些基本性质并没有影响化学结合的缘故。从试验可看出,影响柚木木材MUF胶合性能的主要原因是积聚在其木材表面的苯醇抽提物影响了木材的物理渗透性,而导致其胶钉效应的缺乏。既然化学结合效应并未降低胶合强度,因此,正如表4所显示结果那样,化学结合效应就不是影响柚木木材胶合性能的主要原因。3醇抽提物对促进马克思主义胶合材料胶合的影响(1)积聚在木材表面的柚木苯醇抽提物妨碍了MUF对被胶合材表面的润湿性。(2)积聚在木