检索结果-内蒙古大学图书馆

木材科学与技术 2024年第4期38卷 36-43页

作者：周博鑫戴璐漆楚生木质材料科学与应用教育部重点实验室(北京林业大学) 北京100083

为弥补木材类原位木质素拉伸力学性能相关数据的缺失,研究采用球磨、弱碱预润胀以及酶解相结合的方法提取三种桦木(Betula platyphylla)酶解磨木木质素,分别为:双酶解木质素(dual-enzyme lignin,DEL)、预润胀三酶解木质素(alkaline-trea... 详细信息

为弥补木材类原位木质素拉伸力学性能相关数据的缺失,研究采用球磨、弱碱预润胀以及酶解相结合的方法提取三种桦木(Betula platyphylla)酶解磨木木质素,分别为:双酶解木质素(dual-enzyme lignin,DEL)、预润胀三酶解木质素(alkaline-treated triple-enzyme lignin,ATEL)和双预润胀双酶解木质素(dual-alkaline-treated dual-enzyme lignin,ADEL),并测试木质素的纯度、分子结构、抗拉强度、弹性模量、泊松比和剪切模量。结果表明:DEL、ATEL、ADEL的纯度分别为48.2%、99.29%、97.79%。ATEL和ADEL对桦木原位木质素的化学结构破坏较少,其表现出阔叶树材木质素典型的红外光谱特征,具有代表性连接键β-O-4键和β-β键,可以视为原位木质素。在含水率为5%的条件下,DEL、ATEL和ADEL的抗拉强度分别为17.14、5.38和5.62 MPa,弹性模量分别为7.97、6.36和6.23 GPa,泊松比分别为0.31、0.34和0.34,计算的剪切模量分别为3.04、2.39和2.33 GPa。DEL中存在大量纤维素和半纤维素,其拉伸力学性能偏高,ATEL和ADEL测试数据可用于评估桦木原位木质素的拉伸力学性能。

关键词：桦木酶解磨木木质素类原位木质素拉伸力学性能

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湿热处理对水曲柳木材水性漆涂膜性能的影响

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北京林业大学学报 2023年第12期45卷 127-133页

作者：李帅帅皇权飞黄艳辉李晓岳花婷婷北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

【目的】当水曲柳应用于家具、室内装饰及建筑等领域时,常通过表面涂饰来进行防护。但是使用环保的水性漆进行涂饰时,附着力有限。为了提高水性漆在水曲柳表面的附着力,本试验对水曲柳进行湿热预处理,并且研究了该预处理方法对水性漆的... 详细信息

【目的】当水曲柳应用于家具、室内装饰及建筑等领域时,常通过表面涂饰来进行防护。但是使用环保的水性漆进行涂饰时,附着力有限。为了提高水性漆在水曲柳表面的附着力,本试验对水曲柳进行湿热预处理,并且研究了该预处理方法对水性漆的其他涂膜性能的影响。【方法】以水曲柳为基材进行湿热预处理,并对表面粗糙度、光泽度、色度进行测试。再用水性漆涂饰,待漆膜完全固化后,通过180°剥离测试,量化水性漆的附着力提升效果。还研究了湿热处理对漆膜耐冷热性能的影响,进一步采用红外光谱和电镜等方法探索该处理方法对提升水性漆在基材表面附着力的影响机制。【结果】湿热处理后得到的漆膜厚度为110.8μm。与未处理试样相比,该预处理方法可以有效提升基材的表面粗糙度,涂饰后漆膜的剥离强度提高了120.0%,厚度提升了14.6%。处理前和处理后试样的漆膜耐水性等级相同,说明湿热处理不会降低漆膜质量。进一步分析表明:1734和1604 cm^(-1)处的峰强度降低,说明湿热处理使基材的木质素发生降解;1728和1050 cm^(-1)处的振动峰强度降低,也是由于该处理使半纤维素降解。这些变化导致基材的表面粗糙度提升,孔隙率增加,从而提高了水性漆的附着力。【结论】湿热处理是提升水性漆在木质基材表面附着力的高效、环保的预处理方法,可在较好地保持漆膜的其他性能的前提下,提高水性漆对基材表面的防护能力。

关键词：水曲柳湿热处理水性漆涂饰附着力涂膜性能

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SiO_(2)微球的制备及其在木材表面的结构生色

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北京林业大学学报 2023年第3期45卷 137-144页

作者：李元元任瑞清陈瑶高建民北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

【目的】为丰富木制品颜色体系,探讨SiO_(2)光子晶体在木材表面结构色的构筑和生色表现。【方法】采用改进的St?ber方法制备不同粒径的SiO_(2)微球,通过重力沉积自组装法在木材基底上构建了SiO_(2)光子晶体结构色。利用X射线衍射、傅里... 详细信息

【目的】为丰富木制品颜色体系,探讨SiO_(2)光子晶体在木材表面结构色的构筑和生色表现。【方法】采用改进的St?ber方法制备不同粒径的SiO_(2)微球,通过重力沉积自组装法在木材基底上构建了SiO_(2)光子晶体结构色。利用X射线衍射、傅里叶红外光谱表征了SiO_(2)微球的组成和结构,通过扫描电子显微镜表征微球的外观形貌及其在木材基底上的排布方式,并分析了不同处理工艺下的微球粒径分布。通过数码相机和紫外–可见吸收光谱仪对木材表面SiO_(2)结构生色的色度参数及紫外–可见光反射率进行了分析。【结果】X射线衍射、傅里叶红外光谱证实了本研究中所制备的反应产物都是纯相无定形SiO_(2),适用于构筑呈色良好的结构色涂层。制备配方只控制了乙醇添加量,添加量分别为80、85、90、95、100、105 mL,生成了单分散性良好的SiO_(2)微球,粒径分别对应为294、246、226、214、194、181 nm。参与自组装的SiO_(2)粒径依次减小,薄膜颜色由红色逐渐变为绿色、蓝绿色,最后到深紫色、紫色、淡紫色,紫外反射波长逐渐减小,颜色发生蓝移。SiO_(2)微球在木材基底表面呈现三维有序的面心立方结构堆积,因环境扰动会出现裂隙、缺失等组装缺陷,但不会影响整体呈色。【结论】只通过控制乙醇的添加量,就可以获得适用于构建光子晶体结构色的6种不同粒径的SiO_(2)颗粒;不同粒径的二氧化硅微球在木材基底自组装后形成鲜艳明亮的结构色,且结构色涂层的颜色会因参与自组装的微球粒径减小发生蓝移。本研究为大规模制备木材表面结构色涂层提供了一种简单新颖的方法,可以丰富木制品颜色体系。

关键词：光子晶体结构色重力沉积自组装 SiO_(2)微球木材颜色

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基于概率密度演化方法的古建筑残损木构件可靠度研究

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北京林业大学学报 2023年第2期45卷 139-148页

作者：孙荧戴璐漆楚生北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

【目的】建立随时间变化的古建筑残损木构件多因子强度退化模型,验证基于概率密度演化方法对残损木构件进行可靠度分析的适用性,提高古建筑残损木构件可靠度分析的计算精度和效率,为古建筑保护中构件力学性能的量化和评估提供科学依据... 详细信息

【目的】建立随时间变化的古建筑残损木构件多因子强度退化模型,验证基于概率密度演化方法对残损木构件进行可靠度分析的适用性,提高古建筑残损木构件可靠度分析的计算精度和效率,为古建筑保护中构件力学性能的量化和评估提供科学依据。【方法】综合考虑长期荷载、腐朽、虫蛀和干缩开裂对木材损伤的影响,借助已有模型和理论,建立木构件多因子损伤时变模型并推导出强度退化模型。以某古建筑木结构的典型柱为例,根据强度退化模型确定影响参数,对残损影响参数进行灵敏度计算及排序,通过设定阈值确定影响构件残损的关键参数,将非关键参数常数化以实现参数的初步降维。通过拉丁超立方法在关键参数的参数域内选点得到1000组代表点,基于强度退化模型计算残余强度变化率,根据概率密度守恒构建概率密度演化方程,利用差分法求解得到残余强度比与随机参数的联合概率密度函数,在随机参数域内积分求得残余强度比随时间变化的概率密度函数,最后将概率密度函数在安全域内积分得到构件可靠度;同时基于蒙特卡罗法随机抽样产生10000组参数数据对残损木柱进行可靠度分析,对比分析两种方法计算出木柱服役时间为1~1000 a时的失效概率。【结果】随服役时间增加,木柱损伤变量逐渐增大,服役时间为1000 a时1000组不同参数值的构件几乎都达到失效界限;概率密度演化曲面中概率最高的残余强度比逐渐减小;构件失效概率随时间增大,即可靠度降低;服役时间为100、300、500、700、900 a的5个节点,蒙特卡罗法和概率密度演化方法计算所得的木柱失效概率差值分别为9.48%、3.92%、6.10%、8.40%、4.40%,在蒙特卡罗法参数取样量更多、计算用时更长的前提下,两者计算所得失效概率差值不超过10%。【结论】建立的多因子强度退化模型可用于木柱残余强度的评估和预测,但仍需要进一步的修正。基于概率密度演化方法对残损木构件进行可靠度分析是可行的,与蒙特卡罗法相比具有更高的效率。

关键词：残损木构件强度退化模型概率密度演化方法可靠度评估

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利用静电吸附构建生物基核壳阻燃剂用于阻燃改性牛皮纸

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材料导报 2023年第5期37卷 251-257页

作者：耿亚茹杨国超徐冰冰张求慧北京林业大学材料科学与技术学院木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

为了改善聚磷酸铵(APP)使基材表面变色和力学性能降低的缺点,同时符合阻燃剂的绿色发展趋势,制备了一种核壳结构的生物基阻燃剂(APP@EP)。采用植酸钠(PA-Na)和蛋清蛋白(EWP)作为壳体材料,在水溶液中通过静电吸附作用将其逐层沉积在APP... 详细信息

为了改善聚磷酸铵(APP)使基材表面变色和力学性能降低的缺点,同时符合阻燃剂的绿色发展趋势,制备了一种核壳结构的生物基阻燃剂(APP@EP)。采用植酸钠(PA-Na)和蛋清蛋白(EWP)作为壳体材料,在水溶液中通过静电吸附作用将其逐层沉积在APP表面。通过涂布工艺将APP@EP应用于牛皮纸,并对阻燃牛皮纸的阻燃性能和力学性能进行了研究。热重(TG)分析表明,APP@EP在高温下的热稳定性显著增强,700℃时残炭量达到56.7%。APP@EP阻燃改性牛皮纸的极限氧指数值(LOI)从19.8%提高到45.2%,炭化长度从210 mm降低到41 mm。与APP阻燃改性牛皮纸相比,APP@EP阻燃改性牛皮纸的热释放速率峰值(PHRR)和总热释放量(THR)分别降低了35.91%和44.98%,抗张指数提高了24.92%。对残炭的进一步研究表明,APP@EP阻燃改性牛皮纸经过燃烧后,形成了完整致密的含有P-O-P和P-O-C结构的炭层,并且其石墨化程度较高。

关键词：生物基阻燃剂核-壳结构聚磷酸铵(APP) 牛皮纸

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酶解木质基分级多孔碳的制备及其电化学性能

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北京林业大学学报 2024年第10期46卷 136-143页

作者：赵涵王明杰何林韩陈瑶高建民北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083 木材科学与工程北京市重点实验室北京100083

【目的】利用酶解技术调控木质碳分级多孔结构,以制备具有优异电化学性能的碳材料,进而拓展多孔生物质碳材料的应用范围。【方法】采用亚氯酸钠和纤维素酶酶解椴木,经高温碳化制备分级多孔碳材料。通过表征分级多孔碳的微观形貌、比表... 详细信息

【目的】利用酶解技术调控木质碳分级多孔结构,以制备具有优异电化学性能的碳材料,进而拓展多孔生物质碳材料的应用范围。【方法】采用亚氯酸钠和纤维素酶酶解椴木,经高温碳化制备分级多孔碳材料。通过表征分级多孔碳的微观形貌、比表面积、孔隙结构、石墨化程度、表面元素和官能团,揭示纤维素酶用量和酶解时间对其微观结构及电化学性能的影响。【结果】酶解后椴木内部呈现出丰富的微孔/介孔结构,形成了分级多孔结构。多孔碳的比表面积随纤维素酶用量和酶解时间的增加而增大,无序度提高。当纤维素酶用量200 mg、酶解时间48 h时,比表面积达到978.925 m^(2)/g,平均孔径达到2.285 nm;在0.1 A/g的电流密度下,质量比电容为300.8 F/g,等效串联电阻为0.47Ω。【结论】本研究制备的酶解木质基分级多孔碳具有出色的电化学性能、分级孔隙结构,因此具有广泛的应用前景。

关键词：多孔碳生物质孔隙结构电化学木质碳纤维素酶

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路易斯酸预处理对木材热降解特性的影响

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北京林业大学学报 2024年第11期46卷 133-140页

作者：王旭洁姚三川雒翠梅母军漆楚生北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室木材科学与工程北京市重点实验室北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

【目的】引入外源酸可解决热处理温度高、时间长的问题,提高热效率。本研究旨在明确外源酸对木材组分的影响以及不同木材的热降解特性。【方法】以两种针叶材(落叶松、杉木)和两种阔叶材(桉木、杨木)为研究对象,以路易斯酸中的AlCl_(3)... 详细信息

【目的】引入外源酸可解决热处理温度高、时间长的问题,提高热效率。本研究旨在明确外源酸对木材组分的影响以及不同木材的热降解特性。【方法】以两种针叶材(落叶松、杉木)和两种阔叶材(桉木、杨木)为研究对象,以路易斯酸中的AlCl_(3)为外源酸,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)和Flynm-Wall-Ozawa法研究了不同浓度AlCl_(3)溶液(0、0.1、0.3 mol/L)处理后木材的热降解特性。【结果】AlCl_(3)处理可对木材化学结构产生显著影响:半纤维素的特征峰显著降低并发生红移,木质素特征峰的峰值增加,总结晶度指数减少,OH/CH_(2)比值下降,以及氢键强度增加。其中,0.3 mol/L AlCl_(3)溶液处理试材的总结晶度指数减少了29.17%~52.67%,OH/CH_(2)比值降低了23.18%~51.01%,氢键强度增加了2.86%~13.27%,纤维横向有序度减少低于8%。在热解过程中,AlCl_(3)处理后木材降解温度均降低,降解速率增大,活化能降低。0.3 mol/L处理浓度下,木材起始降解温度均降低至110℃以下,且针叶材出现明显肩峰,在快速热降解阶段针叶材的活化能比阔叶材显著降低。【结论】引入AlCl_(3)能显著降低木材的热降解温度,从而有效提升木材热改性效率,且其对针叶材的催化作用相较于阔叶材更为显著。本研究可为路易斯酸在木材低温热处理领域的应用提供理论支持。

关键词：降解热处理木材热动力学热重分析催化路易斯酸针叶材阔叶材

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低温脱脂豆粕增强棉籽粕胶黏剂制备与性能

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北京林业大学学报 2024年第6期46卷 137-144页

作者：雷咏睿林熙翔牛文希李祝其陈惠李建章北京林业大学材料科学与技术学院木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

【目的】阐明不同豆粕添加量对改性棉籽粕胶黏剂耐水胶合强度和黏度的影响机理,为蛋白基胶黏剂的工业化生产与应用提供依据。【方法】以高温脱酚棉籽粕、低温脱脂豆粕和交联剂三缩水甘油胺为原料,在控制豆粕添加量与原料配比的基础上,... 详细信息

【目的】阐明不同豆粕添加量对改性棉籽粕胶黏剂耐水胶合强度和黏度的影响机理,为蛋白基胶黏剂的工业化生产与应用提供依据。【方法】以高温脱酚棉籽粕、低温脱脂豆粕和交联剂三缩水甘油胺为原料,在控制豆粕添加量与原料配比的基础上,合成豆粕改性棉籽粕胶黏剂,并制备杨木胶合板。采用旋转流变仪测试胶黏剂黏度;采用傅里叶变换红外光谱仪、X射线晶体衍射仪和扫描电子显微镜表征胶黏剂的结构和形貌;采用热重分析仪和万能力学拉伸实验机分析胶黏剂的热稳定性和胶接力学性能;最后,综合解析改性胶黏剂的胶接增强机理。【结果】随着豆粕添加量的提高,体系中赖氨酸数量增多,提供了更多的交联反应活性位点,形成多重交联网络结构的机械互锁作用,提高了胶黏剂的耐水胶接性能和黏度。当豆粕添加量为10%时,胶黏剂TCM/SM10的干状和耐水胶合强度分别为1.24和0.79 MPa。提高豆粕添加量至30%时,胶黏剂的干状和耐水胶合强度相比TCM分别提高了60.4%和27.8%,达1.54和0.92 MPa,胶黏剂黏度提高至20.689 Pa·s,且热稳定性、韧性均有所改善。【结论】采用低温豆粕部分替代棉籽粕交联改性制备棉籽粕胶黏剂,有效提高了胶黏剂的涂布性能和耐水胶接性能。为生产低成本高性能的改性棉籽粕胶黏剂提供新的思路,有助于推动蛋白基胶黏剂的规模化工业应用。

关键词：胶黏剂胶合强度胶合板豆粕棉籽粕

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MIL-100(Fe)处理杨木的阻燃性能研究

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北京林业大学学报 2024年第1期46卷 152-162页

作者：曹婷张晔孙子清王明枝木质材料科学与应用教育部重点实验室北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

【目的】为提高木材的阻燃抑烟性能,本研究采用金属有机框架材料(MOF)作为新型阻燃剂,选用MIL-100(Fe)处理木材,制备一种绿色环保的阻燃材料,旨在为木材阻燃提供新思路。【方法】以MIL-100(Fe)为阻燃剂,采用常压浸泡(WJP组)和真空加压浸... 详细信息

【目的】为提高木材的阻燃抑烟性能,本研究采用金属有机框架材料(MOF)作为新型阻燃剂,选用MIL-100(Fe)处理木材,制备一种绿色环保的阻燃材料,旨在为木材阻燃提供新思路。【方法】以MIL-100(Fe)为阻燃剂,采用常压浸泡(WJP组)和真空加压浸渍(W-JZ组)两种方法,在木材体内原位合成MIL-100(Fe)。利用扫描电子显微镜、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱分析处理材形貌结构;采用氮气吸附法对处理材的孔隙结构进行表征;采用极限氧指数、热重测试、锥形量热测试评估处理材的热稳定性和阻燃抑烟性能;最后采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱对残炭进行形貌结构表征并进行机理分析。【结果】两种处理方法均可在木材内原位合成MIL-100(Fe),其中W-JZ组有更多的MIL-100(Fe)前驱体溶液进入木材内部并完成结晶,质量增长率达24.36%,形成的晶体结构更完整均匀,尺寸更小。MIL-100(Fe)处理材表现出良好的热稳定性,其中W-JZ组残炭率提升了39.99%,热质量损失速率峰值降低了26.47%。MIL-100(Fe)处理材的总热释放量和总烟释放量降低,阻燃抑烟性能良好。MIL-100(Fe)发挥凝聚相与气相阻燃作用。其分解过程中可释放不可燃气体稀释可燃气体浓度,同时利用多级孔结构吸附烟气。分解后形成的Fe_(3)O_(4)催化木材脱水反应生成致密的炭层,阻止热量和氧气的传递及可燃性挥发产物的释放。【结论】本研究采用MIL-100(Fe)阻燃剂处理木材,有效提高了木材的热稳定性与阻燃抑烟性能,丰富了现有木材阻燃体系。

关键词：木材阻燃速生杨木原位合成金属有机框架材料(MOF)

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酶法改性及其在蛋白基胶黏剂的应用研究进展

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林业工程学报 2024年第5期9卷 13-26页

作者：李心怡邵家威李建章北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083 北京林业大学木材科学与工程北京市重点实验室北京100083

蛋白基胶黏剂具有成本低廉、绿色安全、原料易得等优点,对解决传统的醛类合成树脂(脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺-甲醛树脂)胶黏剂造成的人居环境甲醛污染和化石资源依赖问题具有重要意义,在木材科学与技术研究领域及人造板生产中越来... 详细信息

蛋白基胶黏剂具有成本低廉、绿色安全、原料易得等优点,对解决传统的醛类合成树脂(脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺-甲醛树脂)胶黏剂造成的人居环境甲醛污染和化石资源依赖问题具有重要意义,在木材科学与技术研究领域及人造板生产中越来越受到重视。大豆蛋白、花生蛋白等是油料作物加工剩余物,来源丰富、成本低,是制备蛋白基胶黏剂的理想原料。然而,蛋白基胶黏剂存在耐水胶接性能差、黏度高、涂布性能不佳等突出问题,且过度依赖化石交联剂削弱了生物质胶黏剂的环保优势,制约其工业化应用和推广。酶法改性技术具有绿色、高效、专一性等特点,可对蛋白质结构进行催化改性,改善蛋白质的功能特性,从而有效降低蛋白基胶黏剂的黏度,提高蛋白质的反应活性,减少化学交联剂的用量,提高耐水胶接强度,降低材料成本并提高生产效率,在蛋白基胶黏剂中展现出良好的应用前景。笔者总结了目前蛋白基胶黏剂存在的问题及改性目标,分析了蛋白水解酶、多糖水解酶、谷氨酰胺转氨酶、酪氨酸酶、漆酶对蛋白质结构和理化性质的催化改性机理,综述了酶法改性技术在蛋白基胶黏剂中的应用进展,以期为蛋白基胶黏剂的研发和性能提升提供参考。

关键词：蛋白基胶黏剂生物基胶黏剂蛋白质结构酶法改性技术

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