《竹材的表面润湿性》PPT课件.ppt

竹材的表面润湿性 竹材资源的现状 优点： 1-竹子是一种繁殖再生能力 非常强的生物质资源，是陆地森林 生态系统的重要组成部分，具有一 次性成林、长期利用、成材周期短、 产量高、用途广、效益好、速生丰 产、再生能力强等特点。 2-竹子具有的高强度、好韧 性、大硬度等特点，使之成为工程 结构材料的理想原料。 3-竹子生长快，成材早，并 切枝叶繁茂，根系发达，具有调节 大自然气候，涵养水源，防止水土 流失，防风固沙、防冲减灾、调节 气候、净化空气、减少噪音等功能。 缺点： 1-竹材渗透性差、颜色单一、 胶合性能弱，且表面易于霉变等缺 点，制约了竹材的加工利用。 总结： 世界森林资源越来越短缺，但 竹材却未得到充分利用。如果可以 充分发掘 和利用竹材本身的界面 特性，达到竹材高效利用的目的， 为竹木复合、竹木胶合等竹材工业 化生产利用提供科学的理论依据。 我们应该以竹代木、以竹胜 木、以竹代钢，合理利用竹材，缓 解建筑材料，纤维材料短缺的形势， 这将会对我国的生态环境起着重要 的保护作用。 研究的主要内容 毛竹材表面润湿性 1-本研究从毛竹材的幼龄阶段开始， 对不同发育阶段的毛竹材表面润湿性变化 进行分析。 2-比较不同液体在 4年生和 6年生毛竹 材表面的润湿程度 。 3-同时，研究热处理对 4年生毛竹材表 面润湿性的影响。 毛竹材表面润湿性 润湿性是指液体在固体表面的扩散。竹材的润湿性所表征的是液 体（水、胶粘剂、拒水剂、油漆涂料及各种改性竹材的处理溶液等） 与竹材接触时，液体在竹材表面润湿、铺展及粘附的难易程度和效果。 竹材的表面性是一种重要的界面特性，也是衡量竹材胶合性能的重要 指标。 通常，竹材润湿性的高低以液滴在竹材表面上形成的接触角（ ） 或接触角的余弦（ cos）的大小来表征，在固、液、气三相的交界处 做液体表面的切线与固体表面的切线，两切线通过液体内部所形成的 夹角 即称为接触角。（当 0o 90o， 0 cos 1时，液体在竹材 表面上形成扁平状，表示液体能部分润湿竹材；当 =0o时，表示液体 能全部润湿竹材； 90o,cos 0时，液滴在竹材表面上形成滚珠状， 表示液体不能润湿竹材。） 接触角是表示木材润湿性最直观的参数，本章用接触角的大小表 示液体在竹材表面的润湿程度 ,由于竹材表面润湿性对界面胶结、表面 涂饰和各种改性处理工艺竹材的工业化表面润湿性的影响有重要意义， 故我们利用接触角对毛竹材润湿性进行研究。 试验准备 试验材料： 选取立地条件基本相同，具有代表性的 4个月生， 1年生， 2年生， 4年生， 6年生， 8年生， 10年生毛竹。（ 8年生和 10年生竹材分别采 集 4株，其余 5个竹龄均选取 17株）。 为了使不同竹龄毛竹的表面性质之间具有可比性，所选用的毛 竹材胸径大致相近，均在 10cm左右。 整根竹材齐地砍伐，取 8m以下部位；每株在 1.5m、 3.5m、 5.5m、 7.5m整节处截断；分别作为基部、下、中、上几个部位的试 材，一年以内的嫩竹不按上中下分段，编号运回，并气干待用。 试样制备： 不同竹龄的竹材试样均选取竹肉部分，依据规定的方法进行制 作试件。试件尺寸加工成 50mm 20mm 2mm（轴向 弦向 径 向），其中 6年生竹材试件 27个，其余 5个竹龄的试件个数均为 9个。 试验准备 试验试剂： 蒸馏水实验室制备；二碘甲烷：分析纯，凝 固点 5-6 ，分子量 267.84；甲酰胺：分析纯，含量 99.0%，比重 1.131-1.134，凝固点 2 。 注释： 1-由于竹材结构不均匀，竹壁外层是一层组织致密、质 地坚硬、表面光滑的竹青，竹青上附有一层蜡质，因此水和胶粘剂的 润湿性较差。竹壁内侧为竹黄，其组织疏松、脆弱。竹青和竹黄之间 部分的竹肉是竹材加工利用的主要部分。 2-试验通常用的三种液体为蒸馏水、甲酰胺和二碘甲烷。 其中蒸馏水和甲酰胺为极性液体，前者呈酸性特征，后者为碱性液体， 二碘甲烷为非极性液体。 试验方法 蒸汽介质热处理 本章采用蒸汽介质热处理工艺，这种处 理方法是改善竹材颜色、耐久性和润湿性 能的有效方法之一，是一种环境友好型工 艺。热处理过程经历了先升高再保温最后 再降温的五个过程，如图 2-1所示。 接触角的测定 本试验采用直接测量法中的液滴法，即用照相机照 相和计算机自动处理，计算竹材表面的接触角。利用 CA- W型全自动接触角测定仪对试件进行测定，每滴完 1滴液 体后，样品台自动移动至下一个点进行测试。每个试件上 测试 5个点的接触角，计数为液滴与固体表面接触 0秒的 接触角值，这是形成液滴的初期，被认为处于热动力学稳 定状态。 测定之前先对所有试件进行恒温恒湿（ 20 ， 65% 的条件） 7天，将其含水率调整约至 12%。蒸馏水用于测 定不同竹龄竹材的接触角，分别用蒸馏水、甲酰胺和二碘 甲烷测定 4年生和 6年生竹材的接触角。 不同竹龄毛竹材表面润湿性变化 不同液体在热处理竹材表面的接触角 不同液体在竹材表面的接触角 热处理对毛竹材表面润湿性的影响 由图 3-4可看出，处理温度 为 180 时，竹材表面接触角随 热处理时间的延长而增大。 在热处理过程中，竹材主 要化学组分，纤维素、半纤维 素和木质素受热后以不同的方 式降解，纤维素和木质素比半 纤维素降解慢，并需要较高的 温度。 这个结果是由于热处理温 度在 200 以下，竹材的化学组 分含量变化趋势较平缓，半纤 维首先发生热降解。随着时间 的延长，半纤维素和纤维素热 降解反应加剧，使得竹材表面 的羟基含量减少，液体在竹材 表面的接触角增大，表面润湿 性减弱，在 20 以下，半纤维 热降解较纤维素活跃。 热处理对毛竹材表面润湿性的影响 由图 3-5可看出，热处理温 度为 220 时，竹材表面接触角 随着时间的延长减小。 在 200 以上，纤维素和 木质素降解加速，半纤维素、 纤维素和木质素的相对含量变 化均有了明显的变化。 因为在 220 /1h时热处理 竹材细胞壁化学组分发生热降 解反应最剧烈， 220 /3h时的 热处理竹材的吸收强度减弱， 表明竹材的半纤维素、木质素 的热降解反应减弱，引起液体 在竹材表的接触角减小，润湿 性增强。 热处理对毛竹材表面润湿性的影响 热处理对毛竹材表面润湿性的影响 从图 3-6， 3-7得出，热处理时间为 1 h时，竹材表面 接触角随热处理温度的升高而增大；而处理时间为 3 h时， 甲酰胺在其表面的接触角随温度的升高而增大，而蒸馏水 和二碘甲烷在竹材表面的接触角却随处理温度的升高而减 小。 结合表 3-2可知，热处理温度相对于热处理时间对热 处理竹材表面接触角的影响较显著。因此，热处理时间为 1h时， 220 时的热处理材的接触角比 180 时的热处理 竹材的接触角大，润湿性减弱。处理时间为 3h时，随着 热处理温度的升高，纤维素降解加速；抽提物更易降解， 在热处理过程中从竹材中挥发出去，竹材表面抽提物减 少，导致液体在竹材表面的接触角减小，润湿性增大。 试验结论 （ 1）水在不同竹龄毛竹材表面的接触角不同；从 4个月到 10年生， 4个月竹材表面接触角较大，仅低于 4年生竹材， 1年生最小，表明 1年 生竹材润湿性最好， 2年生竹材润湿性较好， 4个月竹材润湿性较弱， 4年生竹材润湿性最弱。 （ 2）不同种类液体的表面极性、表面张力、固体含量、粘度等不 同，使得液体在竹材表面的润湿程度不一样。 3种润湿液体在热处理 竹材和未处理竹材表面的接触角大小均为：水甲酰胺二碘甲烷。 （ 3）与未处理竹材比较，热处理后竹材表面的接触角均增大， 表面润湿性降低。热处理温度比处理时间对竹材表面润湿性的影响大。 在 220 /1h条件下，竹材表面接触角最大，润湿性最弱，这是由于热 处理材细胞壁化学组分在这种条件下发生热降解反应最剧烈，半纤维 素相对含量减少，羟基减少，接触角增大。