木材磷酰化生产工艺及其性能研究(附件)【字数：13837】
摘 要摘 要木材改性是改善或改变木材的物理、力学、化学性质和构造特征的物理或(和)化学加工处理方法。其目的是提高木材的天然耐腐(蛀)性、耐酸性、耐碱性、阻燃性、耐磨性、颜色稳定性、力学强度和尺寸稳定性。本文通过木材磷酰化反应，探索木材磷酰化生产工艺，并研究其性能。本文首创了木材磷酰化改性技术。木材磷酰化与乙酰化反应类似，采用磷酸或磷酸盐试剂中偏亚磷酸根（PO2-）与木材细胞壁物质中亲水性羟基（-OH）发生置换反应，从而使木材细胞壁发生充胀的处理过程。因此采用相同的生产工艺——液相法。依据增重率、氧指数、延展性和抗冲击性等相关标准，对比分析磷酰化处理前后木材的各项物理力学性能。通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）和紫外可见吸收光谱（UV-vis）综合分析磷酰化木材细胞壁微观结构、化学组分及基团的变化与宏观物理力学性能之间的关系，研究这些结构与性能变化之间的内在联系，揭示磷酰处理引起木材宏观性能变化的微观本质，阐明磷酰化木材的性能变化作用机制。木材磷酰化改性技术改变了木材的宏观性能，影响了木材的力学性能，提高了木材的阻燃性，耐腐性等木材的固有属性，增加了木材的附加值。关键词木材改性；磷酰化；液相法
目录
第一章 绪 论 1
1.1选题背景与意义 1
1.2木材的主动改性 1
1.2.1木材的热改性 1
1.2.2木材的化学改性 4
1.3木材的被动改性 5
1.4其他浸渍改性技术 6
1.4.1树脂浸渍改性 6
1.4.2纺织业用树脂浸渍改性 7
1.4.3石蜡油浸渍改性 7
1.5组合改性技术 7
1.5.1组合改性处理的工艺流程 8
1.5.2组合改性处理对木材性质的影响 8
1.5.3组合改性材的应用 8
1.5.4组合改性技术存在的问题与应对措施 8
1.6木材改性技术的发展趋势 8
1.7本文的研究目标和研究内容 9
1.7.1研究目标 9
1.7.2研究内容 9
第二章 木材磷酰化实验 10
2.1主要实验药品与仪器 10
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
2.2木材的预处理 10
2.2.1氢氧化钠处理 11
2.2.2水处理 11
2.2.3甲苯萃取 12
2.2.4预处理的结果 12
2.3磷酰化木材的制备 13
2.3.1木材磷酰化的反应原理 13
2.3.2木材磷酰化的处理工艺 13
2.3.3磷酸作为反应液 14
2.3.4磷酸二氢钾溶液作为反应液 14
2.3.5磷酸三铵溶液作为反应液 15
2.4废液处理 16
2.5测试与表征方法 16
2.5.1结构表征 16
2.5.2物理性能 16
第三章 结果与讨论 18
3.1木材的扫描电子显微镜（SEM）分析 18
3.2木材的傅里叶红外光谱（FTIR）分析 19
3.3木材的紫外可见吸收光谱（UVVIS） 20
3.4木材的增重率 21
3.5木材的氧指数 21
3.6木材的拉伸性 21
3.7木材的抗冲击性 24
结论 25
致谢 26
参考文献 27
第一章 绪 论
1.1选题背景与意义
中国是木材和木制品的主要消费国，是人均森林（木材）资源最少的国家之一。 随着中国国家经济快速稳步发展，人民生活水平提高，中国木材供需形势进一步加剧。近年来，中国政府大力推进绿化面积，积极增加国内木材供应，缓解木材供需矛盾。然而，由于木材材质松散，容易破裂的变形和不耐腐蚀，应用范围小，目前大多数的树种只能应用于人造板和造纸业等对木材材质要求较低的产业。
木材改性通常使用物理或化学的处理方法，改善或改变木材的物理、力学、化学性质和构造特征。其目的是提高木材的天然耐腐(蛀)性、耐酸性、耐碱性、阻燃性、耐磨性、颜色稳定性、力学强度和尺寸稳定性等性能[1]。木材改性技术还可以使木材获得本身不具有的的性能，使木材高档化，提高木材的使用效率，增长木材的使用寿命。这在我国保护环境，节约资源等方面具有重大意义[2]。
在上世纪30年代，木材的改性研究才被提出。木材改性通常使用化学、生物或物理等方法作用于木材上，增强其各项宏观性能[3]。木材的改性可分为主动改性（改变材料化学性质）、被动改性（未改变材料化学性质）及组合改性[4]。
1.2木材的主动改性
1.2.1木材的热改性
在当今，木材的热改性是改性技术中研究最深入，经济效益最高的改性技术。虽然热改性技术有着近一个世纪的研究历史，但是热改性木材在工业上大规模的生产和应用还是近10年的事情。
①热改性机理
木材中的半纤维素随着温度的升高而逐渐降解，产生一种有机酸。这种有机酸能够使半纤维素及纤维素无定形区的降解加速，木材羟基含量降低，结晶区的比例增加，从而使木材的吸湿性下降和尺寸稳定性提高[5]。另外，在木材的热改性过程中，由于木素网状体横向连接的增加，因此木材尺寸的稳定性也得到增强。甲酸、乙酸和多种酚类等抑制腐朽菌生长的化合物，也在木材的热降解过程中生成。而纤维素结晶区的增加，不但抑制了非酶氧化剂对纤维素长分子链降解，还降低了可溶低聚糖及单糖在木材细胞腔中的扩散的速度[1]。木素网状体横向连接的增加，也抑制了酶对木素的降解[6]；而改性木材吸湿性的下降，抑制了腐朽菌的滋生。
②热改性处理工艺流程
1)第一次干燥处理：将原木干燥，使含水率降至 11％左右。为了提高经济效益，降低干燥的成本，使用常规的干燥窑。
2)第二次干燥处理：使用热改性处理窑，分阶段加热到120 ℃，需将木材的含水率降至约4％。处理时要避免木材干裂。
3)快速升温处理：快速升温到200～230 ℃，持续3～5小时。
4)降温调湿处理：喷洒雾化水和蒸汽，将木材的含水率升高到6％～9％。需注意木材的含水率，还要防止木材着火。
5)冷却出窑处理：使处理窑冷却，当温差降至30℃左右，从处理窑中将木材取出。
目录
第一章 绪 论 1
1.1选题背景与意义 1
1.2木材的主动改性 1
1.2.1木材的热改性 1
1.2.2木材的化学改性 4
1.3木材的被动改性 5
1.4其他浸渍改性技术 6
1.4.1树脂浸渍改性 6
1.4.2纺织业用树脂浸渍改性 7
1.4.3石蜡油浸渍改性 7
1.5组合改性技术 7
1.5.1组合改性处理的工艺流程 8
1.5.2组合改性处理对木材性质的影响 8
1.5.3组合改性材的应用 8
1.5.4组合改性技术存在的问题与应对措施 8
1.6木材改性技术的发展趋势 8
1.7本文的研究目标和研究内容 9
1.7.1研究目标 9
1.7.2研究内容 9
第二章 木材磷酰化实验 10
2.1主要实验药品与仪器 10
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
2.2木材的预处理 10
2.2.1氢氧化钠处理 11
2.2.2水处理 11
2.2.3甲苯萃取 12
2.2.4预处理的结果 12
2.3磷酰化木材的制备 13
2.3.1木材磷酰化的反应原理 13
2.3.2木材磷酰化的处理工艺 13
2.3.3磷酸作为反应液 14
2.3.4磷酸二氢钾溶液作为反应液 14
2.3.5磷酸三铵溶液作为反应液 15
2.4废液处理 16
2.5测试与表征方法 16
2.5.1结构表征 16
2.5.2物理性能 16
第三章 结果与讨论 18
3.1木材的扫描电子显微镜（SEM）分析 18
3.2木材的傅里叶红外光谱（FTIR）分析 19
3.3木材的紫外可见吸收光谱（UVVIS） 20
3.4木材的增重率 21
3.5木材的氧指数 21
3.6木材的拉伸性 21
3.7木材的抗冲击性 24
结论 25
致谢 26
参考文献 27
第一章 绪 论
1.1选题背景与意义
中国是木材和木制品的主要消费国，是人均森林（木材）资源最少的国家之一。 随着中国国家经济快速稳步发展，人民生活水平提高，中国木材供需形势进一步加剧。近年来，中国政府大力推进绿化面积，积极增加国内木材供应，缓解木材供需矛盾。然而，由于木材材质松散，容易破裂的变形和不耐腐蚀，应用范围小，目前大多数的树种只能应用于人造板和造纸业等对木材材质要求较低的产业。
木材改性通常使用物理或化学的处理方法，改善或改变木材的物理、力学、化学性质和构造特征。其目的是提高木材的天然耐腐(蛀)性、耐酸性、耐碱性、阻燃性、耐磨性、颜色稳定性、力学强度和尺寸稳定性等性能[1]。木材改性技术还可以使木材获得本身不具有的的性能，使木材高档化，提高木材的使用效率，增长木材的使用寿命。这在我国保护环境，节约资源等方面具有重大意义[2]。
在上世纪30年代，木材的改性研究才被提出。木材改性通常使用化学、生物或物理等方法作用于木材上，增强其各项宏观性能[3]。木材的改性可分为主动改性（改变材料化学性质）、被动改性（未改变材料化学性质）及组合改性[4]。
1.2木材的主动改性
1.2.1木材的热改性
在当今，木材的热改性是改性技术中研究最深入，经济效益最高的改性技术。虽然热改性技术有着近一个世纪的研究历史，但是热改性木材在工业上大规模的生产和应用还是近10年的事情。
①热改性机理
木材中的半纤维素随着温度的升高而逐渐降解，产生一种有机酸。这种有机酸能够使半纤维素及纤维素无定形区的降解加速，木材羟基含量降低，结晶区的比例增加，从而使木材的吸湿性下降和尺寸稳定性提高[5]。另外，在木材的热改性过程中，由于木素网状体横向连接的增加，因此木材尺寸的稳定性也得到增强。甲酸、乙酸和多种酚类等抑制腐朽菌生长的化合物，也在木材的热降解过程中生成。而纤维素结晶区的增加，不但抑制了非酶氧化剂对纤维素长分子链降解，还降低了可溶低聚糖及单糖在木材细胞腔中的扩散的速度[1]。木素网状体横向连接的增加，也抑制了酶对木素的降解[6]；而改性木材吸湿性的下降，抑制了腐朽菌的滋生。
②热改性处理工艺流程
1)第一次干燥处理：将原木干燥，使含水率降至 11％左右。为了提高经济效益，降低干燥的成本，使用常规的干燥窑。
2)第二次干燥处理：使用热改性处理窑，分阶段加热到120 ℃，需将木材的含水率降至约4％。处理时要避免木材干裂。
3)快速升温处理：快速升温到200～230 ℃，持续3～5小时。
4)降温调湿处理：喷洒雾化水和蒸汽，将木材的含水率升高到6％～9％。需注意木材的含水率，还要防止木材着火。
5)冷却出窑处理：使处理窑冷却，当温差降至30℃左右，从处理窑中将木材取出。
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