竹材用硅凝胶固着铜防霉剂制备与性能研究

【摘要】随着我国木材资源的日益匮乏,资源丰富、生产周期短和可再生的竹材资源正在成为重要的木质原料来源。然而,由于竹材中富含较多的糖类、淀粉、蛋白质和脂肪等营养成分,在储存、运输和使用过程中,很容易产生霉变、变色、虫蛀和腐朽,影响了竹材的加工与利用,甚至造成很大的经济损失。因此,本论文在综合总结国内外的众多研究基础上,以我国资源丰富的毛竹(Phyllostachyspubescens)为试材,首次采用溶胶-凝胶法制备了竹材用硅凝胶固着铜防霉剂,探索了防霉剂处理竹材的工艺,评价了防霉剂处理材的防霉性能。运用扫描电镜能谱仪(SEM-EDS)观测分析了防霉剂在竹材中的分布,通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)探讨了防霉剂在竹材内的结合方式和竹材官能团变化情况；利用扫描电子显微镜(SEM)表征了防霉剂处理材的微细构造,采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分析霉变前后处理材／素材的化学官能团变化。总结了防霉剂的固着机理、防护机理以及竹材的霉变机理。主要研究结论如下：(1)采用抑菌圈试验法对制备的防霉剂以及单一成分进行进行抗菌性能评估。结果表明：试验药剂种类、药剂浓度以及不同菌种对抑菌圈直径的影响都很大,抑菌圈直径随药剂浓度、比例的增加随之增大；实验筛选出的最佳防霉剂配方为：TEOS无水乙醇：纯水=3：5：10的质量比例。(2)对防霉处理的工艺探索发现,最佳处理工艺为：加压时间为90mmin、加压温度为125℃(对应压力为0.185MPa)、防霉剂浓度为3.00%；抗流失实验后,硅凝胶固着铜防霉剂处理竹材的流失率(LF)分别约为CCA、ACQ处理材的1/3、1/5,硅凝胶提高了铜在竹材中的固着性能。(3)SEM-EDS分析表明：防霉剂进入竹材的路径首先是导管、细胞间隙,然后是筛管、竹纤维细胞等其它竹材组织结构；FTIR分析表明：铜类防霉剂主要通过与竹材纤维素、半纤维素上的羧基反应生成羧酸铜盐,也与竹材成分之间形成氢键结合,或以范德华力发生物理吸附等方式进行固着；XRD分析表明：通过XRD分析表明,与竹材素材相比,处理材的衍射峰位置没有变化,只是衍射峰的强度有所减弱,进入竹材中的防霉剂化合物没有改变纤维素的结构及晶面间距,但是影响了竹材的结晶度。(4)对防霉剂处理材的防霉性能评价结果表明：在添加浓度为1.00%、3.00%、5.00%的条件下,所有防霉剂处理的竹材试样的霉菌被害值均小于1；当添加浓度达到3.00%时,硅凝胶固着铜防霉剂处理试样的防霉菌效力为100.00%,而ACQ、CCA处理试样达到100.00%防霉菌效力的浓度为5.00%,硅凝胶固着铜防霉剂的防霉效力在一定程度上优于ACQ、CCA防霉剂；同种防霉剂对不同菌种的防治效力也不近相同,本试验所用菌种对桔青霉的综合防治效果最好,对蓝变菌的防治效力最差。(5)竹材导管是霉菌菌丝在竹材中蔓延最主要的通道,霉变首先始于竹材导管,然后是竹材薄壁细胞、筛管等其它组织结构；霉菌进入竹材后,逐步少量分解竹材的木质素、半纤维素等成分；在毛竹霉变过程中,硅凝胶固着铜防霉剂能够有效的防止霉菌侵蚀竹材组分,有效的保护竹材不受侵害。
【作者】杨守禄；
【导师】吴义强；
【作者基本信息】中南林业科技大学，木材科学与技术，2014，硕士
【关键词】毛竹；硅凝胶固着铜防霉剂；制备；防霉性能；抗流失性；

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