老化作用下胞壁改性材水分吸附特性的变迁机理研究

Wood-moisture relationship is one of the fundanmentals in wood physics. Moisture sorption of cell-wall-modified wood is one of the hot points in research. In order to investigate the effect of weathering on moisture sorption of cell-wall-modified wood including thermally modification, acetylation and furfurylation，Pinus yunnanensis, a common wood species used in outdoors, will be selected as the objects in this project.The outcomes of the research are as follows:..1）Effects of chemical, physical, morphological changes induced by weathering factors including light, moisture and acid rain on moisture sorption of modified wood will be analyzed to evaluate the duration of improvement on moisture sorption due to modification. ..2）Fractal dimension value derived from moisture sorption isotherm will be correlated to analyze space complexity in modified wood during weathering, and hygroscopicity model will be also used to investigate the effect of weathering on moisture sorption of modified wood. ..3）Based on the above, the relationships among modified wood, moisture and weathering will be drawn, which are used to give technical and scientific advices on the application of modified woods and the establishment of regarding standards.

木材-水分关系是木材物理学的理论基础，胞壁改性材的水分吸附特性正是业界的研究热点之一，是改性材研发的重要科技依据，但目前缺乏着眼于应用的改性时效性研究。为此，项目以常见户外用材（暂定为云南松，Pinusyunnanensis）为研究树种，以热处理材、乙酰化材、呋喃化材三种典型胞壁改性材为具体研究对象，重点分析老化中胞壁改性材水分吸附性能的变迁，将：.1）获得改性材在光、水分、酸雨等多因素作用下，人工加速老化与户外自然老化时水分吸附特性变迁的基础技术数据，并关联表面化学、物理和微观构造的变化分析改性材的水分吸附特性。.2）应用分形概念，基于水分等温吸附线获得分维值来定量描述老化过程改性材水分吸附空间的变迁，并以水分吸附模型探索老化对胞壁改性材水分吸附的影响机理。.3）阐述胞壁改性材-水分-老化之间的协同作用机理，为我国改性材的研发应用及相关标准的完善提出技术建议。

木材-水分关系是木材物理学的理论基础，胞壁改性材的水分吸附特性是业界的研究热点之一，项目以速生杨木为主要研究树种，以热处理材、乙酰化材、呋喃化材三种典型胞壁改性材为具体研究对象，重点分析老化中胞壁改性材水分吸附性能的变迁。.（1）三种细胞壁改性显著降低木材的吸湿性，乙酰化、糠醇浸渍材的吸湿性改善与增重率成正相关，而热处理温度越高降低吸湿性越明显，但原因有所差异。乙酰化是对细胞壁的化学改性，以乙酰基取代羟基形成的疏水性酯基而降低吸湿性。糠醇浸渍以物理填充方式对细胞壁进行充涨，占据水分存在空间并同时封住亲水性基团吸附点，实现吸湿性的降低和尺寸稳定性的提高。热处理是以物理方式实现细胞壁的化学改性，热处理以热解或水解的半纤维素的方式降低木材的吸湿性。.（2）三种胞壁改性材对紫外光老化的耐受力不一致，进而使得吸湿性对紫外光老化的响应程度也不一样。能力紫外光老化促使乙酰化改性材和热处理材EMC下降0.13～3.85%、0.06～6.62%，但促使糠醇改性材吸湿EMC提高0.10～1.68%。原因如下：乙酰基可吸收使木质素降解的同波长紫外光，因此乙酰化木材的耐光性增加；紫外光可诱发糠醇树脂打开呋喃环，形成弱亲水性的羰基（C=O）；热处理材紫外光老化后，吸湿性降低，但吸湿滞后值提高。.（3）优选的H-H（Hailwood-Horrobin）模型可以较好地拟合胞壁改性材的“S（Ⅱ）”型等温吸附线，但对吸湿EMC的拟合准确度略高于解吸EMC的。分维值D来表征木材吸湿面的复杂程度表明，杨木对照材和三类细胞壁改性材的水分吸附面都较粗糙，分维值D＞2.55。对照材吸湿表面的分形D值为2.64，乙酰化和热处理后木材水分吸附面更接近于二维表面，而糠醇改性材相对于对照材，吸湿环境更复杂，分维值为2.65～2.68。