湿热作用下竹材抽提物的形成机制及其对胶合性能的影响机理

The thermo-humidity treatment is an effective method to improve bamboo quality and efficiency for utilization. With the chemical components degrading during thermo-humidity treatment, the extractive contents in bamboo will increase and play a crucial role in the bonding properties. Until now, there is no detail information about the formation mechanism of bamboo extractives under thermo-humidity treatment and its potential effect on bonding properties. Therefore, bamboo samples are treated in thermo-humidity conditions. Furthermore, methods of High Performance Liquid Chromatography (HPLC), Gas Chromatograph-Mass Spectrometer (GC-MS) and Imaging Fourier Transform Infrared (Imaging FT-IR) are applied to analyze the contents and distribution of extractives. Methods of Micro-Raman Spectroscopy, Imaging FT-IR and Ultraviolet spectrophotometer (UV) combined with extraction process are applied to reveal the influence of chemical components degradation on the mechanism formation of extractives. Moreover, the extractive influence to wetting and permeation of phenolic resin adhesive as well as pH and buffer capacity to curing will be determined by fluorescent tracking, Infrared Spectroscopy (IR) and Nuclear Magnetic Resonance (NMR). The results will give a theory support for optimization of thermo-humidity treatment of bamboo, and will provide a significant importance of the technique and available utilization.

湿热处理是竹材提质增效的有效手段，但经湿热处理后竹材化学组分发生降解，使抽提物的含量增多，从而会影响胶合性能。目前，湿热作用下竹材抽提物的形成机制及其对胶合性能的影响机理尚不明确。本项目拟以蒸汽为介质对竹材进行处理，采用液相色谱、气质联用、傅立叶变换红外显微成像技术并结合传统化学组分分析法，研究抽提物的含量、成分及分布的变化；采用显微拉曼光谱、傅立叶变换红外显微成像、紫外显微分光光度计等先进技术结合抽提工艺，研究竹材组分降解对抽提物形成的影响机制；采用荧光跟踪技术、红外光谱和核磁共振技术，明确抽提物对酚醛树脂胶黏剂润湿、渗透的影响，以及pH值和缓冲容量对酚醛树脂胶黏剂固化的影响；阐明抽提物对竹材与酚醛树脂胶黏剂胶合性能及胶合界面的影响，建立湿热作用下抽提物的变化与胶合性能的相互关系。本研究成果将为优化竹材的湿热处理工艺提供理论基础，对竹材的加工利用具有重要的指导意义。

本项目以我国重要的经济林竹种毛竹（Phyllostachys pubescens）为研究对象，以探讨湿热作用下竹材抽提物的形成机制及其对胶合性能的影响机理和优化竹材湿热处理工艺为目标，紧紧围绕着竹材“组分、工艺和性能”这一研究主线，采用多学科交叉的研究方法，从竹材主要化学组分和抽提物组分对湿热作用的响应机制以及对胶合界面的影响机理两方面进行了系统的研究。.采用傅立叶变换红外显微成像技术、显微拉曼光谱、气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）、核磁共振等先进技术并结合传统化学组分分析法，研究了湿热处理对竹材的主要化学组分和抽提物组分的影响。结果表明：热处理使得竹材的多糖组分发生降解，抽提物的种类显著增多、气味和极性发生变化、热稳定性增强。上述化学成分的变化导致竹材的吸湿性降低、尺寸稳定性增强，竹材的热重和动态力学发生变化，由此构建了湿热处理对竹材性能影响的机理模型。研究发现，竹材的热水抽提处理时间对竹材物理力学性能影响显著，当热水抽提时间不高于4h时，竹材的尺寸稳定性增强、吸水率降低，这主要是由于在热水抽提处理过程中竹材中的淀粉糊化，干燥后在细胞壁上形成一层淀粉膜，堵塞纹孔造成的；而竹材的力学性能随着热水抽提时间的延长而逐渐降低。此外，热处理过程中新生成的抽提物对竹材的吸湿性有重要影响，使得竹材的憎水性增强。.采用傅立叶变化红外光谱、液体核磁和差示扫描量热法（DSC）研究分析了抽提物对湿热处理的响应机制，阐明了抽提物的变化对酚醛树脂胶黏剂和胶合界面的影响机理。结果表明，竹材经热处理后鞣酸类物质的含量显著增多，抽提物中的鞣酸类物质会与酚醛树脂发生反应，因此抽提物的变化会影响酚醛树脂胶黏剂的固化速度和固化温度。同时，竹材经热处理后其pH 值、缓冲容量发生变化，竹材表面的润湿性降低。上述因素都对竹材的胶合性能产生影响。.研究成果在国内外学术期刊发表和录用论文6篇（其中：SCI收录3篇，中文核心期刊3篇）。相关研究成果为优化竹材的湿热处理工艺提供理论基础，对竹材的加工利用具有重要的指导意义。