全 文 ：第 v|卷 第 y期
u s s v年 tt 月
林 业 科 学
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‘²√ qou s s v
酚醛树脂对人工林杉木木材的浸注性
及其改善的研究 3
吴玉章
k中国林业科学研究院木材工业研究所 北京 tsss|tl
松井 宏昭 片冈 厚
k日本森林综合研究所 茨城县 vsx p {y{zl
摘 要 } 研究了低分子量酚醛树脂对杉木木材的浸注性及树脂在木材内的分布状态 o并对苯醇抽提前处理
法 !常压浸渍和真空浸注的效果进行了评价 ∀无论抽提处理与否 o常压浸渍的树脂水溶液充填率为理论最大
浸注量的 ts h左右 o而真空浸注可达到 |s h以上 o真空浸注效果明显 ~无论是常压浸渍还是真空浸注 o抽提处
理后树脂的浸注性有很大改善 o但常压浸渍的效果不是非常明显 ∀软 ÷ 射线解析样品纵向树脂分布状态结
果表明 }无论是否经过抽提处理 o在常压浸渍的情况下 o树脂主要分布在样品的端部 o而经过真空浸注处理 o树
脂注入的深度增加 o尤其经过抽提处理后树脂可达到样品中心 ∀由此可见 o抽提处理和真空浸注并用 o使树脂
的分布状态有很大改善 ∀另外 o抽提处理后样品之间树脂分布的差异也趋于减小 o即树脂在样品间的分布状
态也有改善 ∀用实体显微镜观察树脂在木材细胞腔内的充填状况结果表明 }沿着样品纵向从端部到中心树脂
充填率呈下降趋势 o而且抽提处理的充填率比未抽提处理的高 ∀
关键词 } 木材改性 o酚醛树脂 o软 ÷ 射线密度仪 o浸注性 o分布状态 o人工林杉木
收稿日期 }ussu p sw p u{ ∀
基金项目 }中日国际合作 Œ≤„项目/中国人工林木材研究0的子专题 ∀
3 本文得到日方长期专家志水一允 !濑户山幸一等的指导 o在此表示感谢 ∀
ΣΤΥ∆Ψ ΟΝ ΤΗΕ ΙΜΠΡΕΓΝΑΤΙΟΝ ΟΦ ΠΗΕΝΟΛ ΡΕΣΙΝ ΙΝ ΧΗΙΝΕΣΕ ΦΙΡ
ΑΝ∆ ΙΤΣ ΙΜΠΡ Ος ΕΜΕΝΤ
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Αβστραχτ } ׫¨ ¬°³µ¨ª±¤·¬²±¤±§§¬¶·µ¬¥∏·¬²±²©³«¨ ±²¯ µ¨¶¬±¬± ≤«¬±¨ ¶¨ ƒ¬µ¤±§¬·¶¬°³µ²√¨ °¨ ±·°¨ ·«²§¶¥¼ ¬¨·µ¤¦·¨§¤±§
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µ¤·¨ §¨¦µ¨¤¶¨§©µ²° ±¨§·²·«¨ ¦¨±·¨µ²©·«¨ ¶³¨¦¬°¨ ±¶q…∏··«¨ ²¯¤§¬±ªµ¤·¨¶²© ¬¨·µ¤¦·¨§¶³¨¦¬°¨ ±¶º¨ µ¨ «¬ª«¨µ·«¤±·«¤·
²©∏±2 ¬¨·µ¤¦·¨§¶³¨¦¬°¨ ±¶¤··«¨ ¶¤°¨ ²¯¦¤·¬²±¬±·«¨ ²¯±ª¬·∏§¬±¤¯ §¬µ¨¦·¬²±q
Κεψ ωορδσ} • ²²§°²§¬©¬¦¤·¬²±o°«¨ ±²¯2©²µ°¤¯§¨«¼§¨ µ¨¶¬±o≥²©·÷2µ¤¼ §¨±¶¬·²°¨ ·µ¼oŒ°³µ¨ª±¤·¬²±o§¬¶·µ¬¥∏·¬²±o≤«¬2
±¨ ¶¨ ƒ¬µ³¯¤±·¤·¬²±
杉木k Χυννινγηαµιαλανχεολαταl人工林是我国南方主要人工用材林 o由于生长速度快 o轮伐期短 o致
使木材所含幼龄材比例相当高 o因而其材质较差 o尤其是表面硬度低 o应用范围受到限制 ∀化学改性方
法是改善弱质木材性能的有效方法 o其中树脂改性方法是较为常用的方法 ∀大量研究表明 o低分子量酚
醛树脂对提高木质材料的尺寸稳定性能k今村博之等 ot|{x ~菊地伸一等 ot||w ~今村 嗣等 ot||{l !强度
性能k今村博之等 ot|{x ~ 田 Ρ µ ⎯ 等 ot|{| ~浅井和野等 ot||zl !抗生物劣化性能k柳 在 等 ot||t¤~
t||t¥l以及固定木材压缩变形k井上雅文等 ot||t¤~t||t¥l等效果明显 o并正在向实用化阶段发展 ∀利用
低分子量酚醛树脂改善杉木木材的性能是提高杉木利用价值的一个重要途径 ∀
树脂改性方法的重要参数有树脂的种类 !浸注量及在木材内的分布状态 o其中分布状态是不可忽视
的重要问题 ∀本文就抽提前处理法 !浸注处理法对低分子量酚醛树脂的浸注性和树脂在木材内的分布
状态进行了研究 ∀
t 材料和方法
111 试验材料
试验用人工林杉木木材采自江西省大冈山林场 o树龄 uy ¤∀气干后 o区分边材和心材 o分别制成 tss
°°kl ≅ ts °°k• l ≅ us °°k×l大小的试样 ∀试样一部分经苯醇≈ ςk苯酚lΒςk乙醇l € tΒu 连续 ys «的
抽提处理 ∀
树脂是日本 ­ s  g ‹株式会社制造的 • ∞≥’型木材浸注处理用酚醛树脂≈Žp {u o数均相对分
子质量 vss o粘度kux ε lt| °°¤#¶o³‹kux ε ly1u o不挥发份ktvx ε lw{1{ h   ∀试验时 o以 Ξk原树脂lΒ Ξ
k水l € ysΒws比例稀释成树脂水溶液使用 ∀
112 树脂浸注处理
抽提处理和未抽提处理的试样在 tsx ε 下干燥 ts «以上 o然后进行常压浸渍 ku «o室温l !真空浸注
kt大气压真空度下保持 t «l o然后常压浸渍 u «k室温l处理 ∀
113 树脂固化处理
常压浸渍或真空浸注处理后的试样自然干燥 u §o然后在 ws ε 烘箱内干燥 t §o待含水率达到 x h以
下后 o将温度升至 {s ε 干燥 y «o再升温至 tvs ε 和 txs ε o分别加热 t «o使树脂完全固化 ∀
114 评价
t1w1t 树脂浸注性的评价 树脂浸注性的评价采用树脂重量增加率 ΩΙ 和树脂水溶液充填率 ΕΡΛ两
个指标k今村博之等 ot|{x l }ΩΙk h l € k Αp ΒlΠΒ ≅ tss h oΕΡΛk h l € ΩΙΠΤΜΛ≅ tss h o式中 }Α为浸注
处理后试样的重量 ~Β为浸注处理前试样重量 ~ΤΜΛ为树脂水溶液理论最大浸注量k·«¨²µ¨·¬¦¤¯ °¤¬¬°∏°
²¯¤§¬±ªl ∀固化后的也按上式计算 ∀
ΤΜΛ的计算公式如下k今村博之等 ot|{x l }ΤΜΛk h l € kt p ∆≤Π∆ • l# ∆Π∆≤ ≅ tss h o式中 }∆≤ 为未
处理木材密度 ~∆ • 为单体或树脂密度 ~∆ 为木材实质密度 ∀
t1w1u 树脂分布状态的评价 采用以下两种方法评价树脂分布状态 ∀一是软 ÷ 射线密度法 ∀对固化
处理的试样用软 ÷ 射线密度测定装置k≠˜×„Ž„ ∞∞≤וŒ≤ ƒŠ q≤’ ql测定试样 方向的密度变化 o测
定电压 ty ®∂ o电流 tw °„ o时间 w °¬±o测定位置和方向见图 t ∀另一种方法是实体显微镜观察法 ∀软 ÷
射线测定之后的试样按图 t所示 o从试样端部每隔 ts °°切割得到一个 • ×面k图中 … !≤ !⁄!∞ !ƒ各面l o
选择其中的 … !⁄!ƒ v面且在软 ÷ 射线扫描的位置进行观察kŽ¨¼¨ ±¦¨ ∂ ‹zsssl ∀通过计算每个 yss Λ° ≅
wxs Λ°观察面积内被树脂充填的细胞数占总细胞数的比例得到细胞腔树脂充填率及其在 • 方向上的
变化 ∀
u 结果与分析
211 酚醛树脂对杉木木材的浸注性
由图 u可知 o不论是否抽提处理 o常压浸渍和真空浸注心材的 ΩΙ分别为 vs h和 uxs h左右 o边材分
zvt 第 y期 吴玉章等 }酚醛树脂对人工林杉木木材的浸注性及其改善的研究
图 t 软 ÷ 射线测定位置及显微镜观察面
ƒ¬ªqt ׫¨ §¬µ¨¦·¬²± ²©¶²©·÷2µ¤¼ ° ¤¨¶∏µ¨°¨ ±·¶¤±§·«¨ °¨ ·«²§²© °¬¦µ²¶¦²³¨ ²¥¶¨µ√¤·¬²±
别为 vs h和 u{s h左右 o真空浸注处理使树脂水溶液很容易进到木材内 ∀
图 u 树脂重量增加率与试样密度的关系
ƒ¬ªqu • ¨¯¤·¬²±¶«¬³¶¥¨·º¨¨ ± ΩΙ ²©³«¨ ±²¯ µ¨¶¬±
¤´ ∏¨²∏¶¶²¯∏·¬²± ¤±§§¨±¶¬·¼ ²© º²²§
Ü 边材 ≥¤³º²²§~ ω心材 ‹ ¤¨µ·º²²§~ο抽提处理边材
∞¬·µ¤¦·¨§¶¤³º²²§~ π抽提处理心材 ∞¬·µ¤¦·¨§«¨¤µ·º²²§
„真空浸注 ∂¤¦∏∏° ~…常压浸渍 „·°²¶³«¨µ¨ q
试样密度对 ΩΙ有一定的影响 o密度越大 oΩΙ越小 ∀为了
消除密度对结果的影响 o采用 ΕΡΛ来评价树脂的浸注性k见表
tl ∀由表 t可知 o真空浸注处理时的 ΕΡΛ达到 |s h以上 o而常
压浸渍的仅仅 ts h左右 o真空浸注的效果明显 ∀真空浸注时 o
未抽提处理心材的 ΕΡΛ平均值与边材相差 tz h左右 o亦即心
材的浸注性比边材差 o但抽提处理后心边材的这种差异减小
到 { h左右 ∀不论常压浸渍还是真空浸注处理 o抽提处理后
ΕΡΛ增加 o试样间的差异趋向减少 o特别是经变异均匀性分布
和 • ¨¯¦«× ¶¨·检验证明 o真空浸注时抽提处理试样的平均值增
加 o分散度减少 ∀
212 树脂分布状态的评价
u1u1t 软 ÷ 射线解析 上述研究表明 o通过抽提处理和真空
浸注改善了树脂的浸注性 ∀图 v是软 ÷ 射线解析得到的样品
纵向密度分布图 ∀由图可知 o不论是否经过抽提处理 o常压浸
渍时树脂分布在试样的端部附近 o而真空浸注时树脂向更深
处渗透 o特别是抽提处理后树脂达到了试样的中心部位 o尤其
是边材 o分布趋于均匀 ∀由此说明 o抽提处理并真空浸注使树脂在木材内的分布状态更趋均匀 ∀
表 1 固化处理后的 ΕΡΛ
Ταβ . 1 ΕΡΛ οφ ΠΦ ρεσιν αφτερ χυρε h
未抽提处理 ˜±2 ¬¨·µ¤¦·¨§ 抽提处理 ∞¬·µ¤¦·¨§
常压浸渍 „·°²¶³«¨µ¨ 真空浸注 ∂¤¦∏∏° 常压浸渍 „·°²¶³«¨µ¨ 真空浸注 ∂¤¦∏∏°
心材
‹ ¤¨µ·º²²§
边材
≥¤³º²²§
心材
‹ ¤¨µ·º²²§
边材
≥¤³º²²§
心材
‹ ¤¨µ·º²²§
边材
≥¤³º²²§
心材
‹ ¤¨µ·º²²§
边材
≥¤³º²²§
平均值 „√ µ¨¤ª¨ tu1z tv1t {z1w tsw1v tv1s tx1x tsx1z ttv1v
最大值 ¤¬ t{1u tv1y tts1| ttz tw1y t|1t tts1| tt|1y
最小值 ¬± |1t tu1w zt1v |v1| tt1v tu1w |x1| tsw1z
标准偏差 ≥·§¨√³ v1v s1x tu1| z1x t1w u1u x1u x1{
{vt 林 业 科 学 v|卷
图 v 纤维方向树脂分布的软 ÷ 射线密度图
ƒ¬ªqv ≤∏µ√¨ ²©§¨±¶¬·¼ º¬·«¶²©·÷2µ¤¼ ²± ²¯±ª¬·∏§¬±¤¯ §¬µ¨¦·¬²±
„ 心材 ‹ ¤¨µ·º²²§~…边材 ≥¤³º²²§
¤常压浸渍 „·°²¶³«¨µ¨ ~¥常压浸渍和抽提 „·°²¶³«¨µ¨ i ∞¬·µ¤¦·¨§~¦真空浸注 ∂¤¦∏∏° ~
§真空浸注和抽提 ∂¤¦∏∏° i ∞¬·µ¤¦·¨§~¨对照 ≤²±·µ²¯ q
u1u1u 实体显微镜观察 图 w是显微镜观察真空浸注处理试样 v个观察面得到的细胞腔树脂充填率
的分布结果 ∀由图可知 o不论抽提处理与否树脂充填率均按 … !⁄!ƒ顺序递减 o抽提处理后 … !⁄!ƒ各面
的值均比未抽提处理的高 ∀这进一步证明了软 ÷ 射线解析结果 ∀同时 o图 w显示出树脂在 • 方向 o即
软 ÷ 射线未能解析到的方向的分布状态 ∀在 • 方向上树脂分布存在较大变异 o即使抽提处理后的结果
也是如此 ∀
图 w 树脂充填率的分布图
ƒ¬ªqw ⁄¬¶·µ¬¥∏·¬²± ²© ²¯¤§¬±ªµ¤·¬²¶²©°ƒ µ¨¶¬± ²±µ¤§¬¤¯ §¬µ¨¦·¬²±
„ 未抽提处理 ˜±2 ¬¨·µ¤¦·¨§~…抽提处理 ∞¬·µ¤¦·¨§q
) Ü ) 观察面 … ≥ ¦¨·¬²± …~ ) ÷ ) 观察面 ⁄ ≥ ¦¨·¬²± ⁄~) ο ) 观察面 ƒ ≥¨ ¦·¬²± ƒ q
v 结论
杉木心材较边材难浸注 o真空浸注处理提高了树脂的浸注性 o抽提处理不仅提高树脂的浸注性 o而
且使树脂在试样内或试样间的分布状态趋于均匀 ∀
在解析树脂分布状态方面 o软 ÷ 射线解析法方便 !快速 o但射线穿透方向被平均化 o需要象显微镜
观察法等方法作为辅助解析手段 ∀
参 考 文 献
今村博之 oo 本一 o後藤辉男等 q木材利用 Ν化学 q共立出版株式会社 ot|{x }u|x p w||
今村 嗣 o 田 Ρ µ ⎯ o 口尚登等 q低分子量 ˜ k ‘ ) ®树脂含浸处理 Κ η κ木材材质 Ν改善ktl中性 ∗ η Σ e ® n ­性树脂 Ν影响 q
第 w{回日本木材学会大会研究 表要旨集 ot||{ }vt{
|vt 第 y期 吴玉章等 }酚醛树脂对人工林杉木木材的浸注性及其改善的研究
菊地伸一 o 田 o驹 克己等 q蒸煮 理 n ¬ ¡ ⁄ Ν ˜ k ‘ ) ®树脂含浸 Κ η κ 材质改良ktl p物性 ∗ η Σ燃烧性 p q第 ww回日本木
材学会大会研究发表要旨集 ot||w }vyw
浅井和野 o北山隆 o高谷政 等 q ˜ k ‘ ) ®树脂含浸针叶树单板 Ν表面硬化 q第 wz回日本木材学会大会研究发表要旨集 ot||z }xx{
田 Ρ µ ⎯ q含浸 ˜ k ‘ ) ®树脂 理 ° p ƒ g r ® … ) Œ Ν性能 Ν改善 q木材学会 ot|{| ovxkxl }wsy p wtt
柳 在 o今村 嗣 o高桥旨象等 q ˜ k ‘ ) ®树脂 理木材 Ν生物劣化抵抗性 q木材学会 ot||t¤ovzk|l }{xu p {x{
柳 在 o今村 嗣 o高桥旨象等 q ˜ k ‘ ) ®树脂 理 ° p ƒ g r ® … ) Œ Ν耐朽耐 性 q木材学会 ot||t¥ovzk|l }{zw p {z{
井上雅文 o则元京 o大 康史等 q软质针叶树材 Ν表面压密化 理k第 u报l ˜ k ‘ ) ®树脂初期缩合物 Κ η κ压密木材 Ν固定 ∗ η Σ
理材 Νu ov Ν物性 q木材学会 ot||t¤ovzkvl }uuz p uv{
井上雅文 o则元京 o大 康史等 q软质针叶树材 Ν表面压密化 理k第 v报l ˜ k ‘ ) ®树脂初期缩合物 Κ η κ 表面层 密部位 Ν固定 q
木材学会 ot||t¥ovzkvl }uvw p uws
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中国科学引文数据库提供的/ usss年被引频次最高的中国科技期刊 vss名排行表0与/ usss年影响因子
最高的中国科技期刊 vss名排行表0 o5福建林学院学报6的总被引频次为 v{x次 o排名第 zx位 ~影响因
子为 s1wzw z o排名第 xu名 o总被引频次与影响因子均进入中国科技期刊 tss强 ∀近年来 o5福建林学院
学报6荣获福建省高校优秀学报一等奖 o福建省优秀科技期刊一等奖 o华东地区最佳期刊 o全国高校优秀
学报一等奖 o全国优秀科技期刊二等奖 o全国首届5≤„) ≤⁄规范6执行优秀奖等 ∀国际标准刊号 Œ≥≥‘
tsst p v{|÷ o国际刊名代码 ≤’⁄∞‘ƒ÷˜∞z o国内统一刊号 ≤‘vx p ts|xΠ≥ ∀季刊 o大 ty开本 o|y码 o进口
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