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压力式高温热处理木材特性及其冷凝液利用研究

王晓旭  
【摘要】:目前木材高温热处理技术的工业化应用多集中在常压状态,而针对不同压力下的研究则比较缺乏。与传统的常压高温改性技术相比,压力式高温改性技术在处理效率、质量及能耗方面更具优势。在我国木材供需矛盾日益突出的现状,针对压力式高温热处理技术的研究,对于人工速生林的高效、增值利用具有重大的现实意义和经济价值。 本文以马尾松(Pinus massoniana)为试材,在绝对压力分别为0.1MPa(常压)、0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa,终点温度分别为140℃、160℃、180℃和200℃,保温时间分别为1h、2h、3h的试验条件下,对压力式高温热处理技术进行了系统的研究。从设备设计入手,就处理工艺条件对处理材微观结构、化学成分特性及生物防腐性变化的影响规律,并对压力为0.2MPa条件下分段收集的冷凝液成分进行了比较分析,在此基础上,就利用冷凝液促进种子萌发方面开展了初步研究。 主要研究结果如下: (1)微观结构变化的直观分析表明,木材纹孔缘脱落率在65%-100%之间,纹孔膜脱落率在20%-70%之间,纹孔口变形率在12.5%-50%之间,且随着温度、压力的增加,保温时间的延长,管胞壁变薄,纹孔缘脱落率增高,但纹孔膜脱落率和纹孔口变形率变化规律不明显。 (2)对处理材的一维红外光谱、二阶导数红外光谱和二维相关红外光谱分析表明,随着温度、压力的增加,保温时间的延长,处理材内部官能团,羟基O-H与共轭羰基C=O吸收峰的强度均有所下降,其中羟基吸收峰的变化较为明显。 (3)生物防腐性的研究表明:未处理材为51.46%,处理材的质量损失率在2.91%~36.68%之间,且随着温度、压力的增加,保温时间的延长,质量损失率变小,其影响程度依次为:处理压力处理温度保温时间。建立了处理条件对质量损失率影响的三维模型,得出压力式高温热处理对木材的定向改性方程和图像。 (4)压力为0.2MPa条件下分段收集的冷凝液成分分析表明,各温度段冷凝液的主要成分为:丙酮醛、糠醛、2-甲基呋喃、甲基环戊烯酮、2,3-戊二酮、5-甲基糠醛、间甲酚、愈创木酚等,且随温度的升高,冷凝液中酚类物质的相对含量显著降低,有机酸的含量显著升高。 (5)冷凝液促进种子萌发方面的研究表明,温度段在180℃-200℃之间收集的冷凝液对提高山龙眼科植物帝王花(King protea)种子萌发率的效果明显。


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