辊压法实现改性剂注入木材的机理及工艺学研究

Modifying wood by impregnating liquid proved a skilled and effective way in wood industry. One new method with high efficiency and simplicity is explained in this project. The impregnating theory and technology in the process of deformation by roller-compression and deformation-recovery instantaneously in the liquid with water solubility is studied. Not only the form of destruction and dimension variation of pit membrane in cell wall because of pressure will be researched, but the synergistic reaction of imbibitions in virtue of negative pressure and diffusing in wood are studied. The key factor of developing vacuum effect from deformation-recovery is explored and the gradient of compressive stress in the direction of compression is also tested. The regularity of impregnating depth and quantity of liquid with those technics of seeds of trees，moisture content of wood, compression ratio, diameter and rotation rate of compression-roller, direction of compression, number of times of compression, category and density of liquid, temperature in different direction are should analyzed, meanwhile, the modification efficiency for wood with this impregnation way also be evaluated and analyzed. The correlation of process engineering, variability of microstructure and properties of wood are summarized, and which can provide a guidance for this economical and highly effective technique.

将改性剂注入木材并通过后续技术环节，赋予木材全新的性能，是林产工业中有效且成熟的木材功能性改良方法。本项目中提出一种高效、简捷的改性剂注入木材的新思路。本课题以水溶性药剂为改性剂，研究液面下"辊压变形-变形回复"过程致改性剂瞬时注入木材的机理和工艺学特性。研究木材分子细胞壁纹孔内纹孔膜因外力作用发生破坏的形式和尺度变异；研究负压吸液和纹孔膜破裂对药剂注入木材及在木材内扩散的协同作用，摸索细胞变形回复形成真空效应的关键性因素，研究压缩方向上应力分布的梯度差异。分析树种、含水率、压缩率、压辊直径及转速、压缩方向、辊压次数、改性剂种类及浓度、温度等因素对药剂沿不同方向注入木材深度和注入量的影响规律，对辊压浸注改性剂方法的改性效能进行评价和分析，揭示辊压工艺参数与改性剂浸注能力的内在关系，总结辊压工艺条件、木材微观构造变异、材性变化的相关制约机制，为这种低成本、高效率的技术方法提供理论指导。

本研究使用专用的辊压浸注设备，以大青杨、柞木和杉松冷杉为试材，以小分子浸渍树脂、DDAC、ACQ为改性药剂，以采绒革盖菌（Coriolus vcrsioolor（Fr.）Cooke）、可可球二孢（Botryodiplodia theobromae Pat.）作为感染菌种；在多种压缩率（5%、10%、20%和30%）、两种压缩方向（径向和弦向）、5种压缩次数（1次、3次、4次、5次和9次）和不同改性剂质量分数条件下开展实验研究。.完成的主要研究内容：辊压处理对木材构造特征的微观改变（纹孔膜和细胞壁）的描述和分析，真菌感染不同药剂浸注方法试材的性状表现和质量损失率，比较研究不同药剂浸注方法达到的载药量，测试和评价不同药剂浸注方法的防治效力，辊压处理对木材物理力学性能的影响，辊压处理对木材渗透性的改善机理及在木材内建立水分移动新路径的测试和研究。.研究结果表明：杉松冷杉辊压浸注法的载药量较浸泡法提高了133.33%～224.24%，前者防治效力比后者提高了25个百分点以上，当辊压浸注工艺为压缩率10%、药剂质量分数1.0%、弦向压缩、压缩4次时，试材的防治效力达到最大值81.97%。大青杨的载药量与辊压压缩次数正相关，与质量损失率呈负相关，辊压浸注DDAC（质量分数1.5%）5次的载药量可达到15.423 kg•m-3，辊压浸注ACQ（质量分数1.5%）5次的质量损失率可低至10.01%；随着压缩次数的增加，木材的力学强度降低，下降的幅度逐渐收窄，压缩率30%，弦向压缩5次时，处理材的冲击韧性下降22.741%。对柞木辊压压缩致导管分子纹孔膜破裂和细胞壁出现裂隙，形成水分移动的微观新路径；以试材初含水率50%、终含水率15%计算，辊压预处理材的全程干燥时间均少于未处理材，弦向压缩径切板干燥时间缩短6.67%～23.64%，径向压缩弦切板缩短4.55%～13.02%。.科学意义：研究证明改性剂通过辊压浸注法能够浸注木材并达到防护木材的目的，木材微观构造改变和“负压吸液”效应的协同作用是技术实现的根本机理；创新性的高效率的辊压浸注法的出现，为行业科技发展和技术进步打开了一扇窗。