發(fā)布時間：2018-08-25 16:37

【摘要】：重組竹是我國竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的主要工業(yè)化產(chǎn)品之一,隨著我國開展大規(guī)模的美麗中國以及生態(tài)文明建設(shè),戶外用重組竹已經(jīng)成為最具發(fā)展?jié)摿Φ膬?yōu)勢領(lǐng)域之一。開展戶外重組竹制造和應(yīng)用技術(shù)的研究,對拓展重組竹應(yīng)用范圍、推動竹產(chǎn)業(yè)向高效和高附加值方向發(fā)展都具有重要理論意義及實用價值。重組竹戶外應(yīng)用時,太陽光、水分、氧氣等環(huán)境因子加速了材料的老化,嚴重影響了重組竹物理、化學(xué)性能,限制了重組竹利用范圍,縮短了重組竹使用壽命。針對重組竹戶外應(yīng)用時的缺陷,本文開展了戶外重組竹的最適合密度和最佳熱處理工藝選擇研究,并結(jié)合已有的戶外重組竹生產(chǎn)工藝,制備出高耐候性的戶外重組竹;采用BTZ-1(有機紫外吸收劑,苯并三唑)、乙酸乙酯、成膜物質(zhì)等物質(zhì)于戶外重組竹表面構(gòu)建“紫外屏蔽系統(tǒng)”,制成耐光老化重組竹,并對其老化性能進行研究。采用傅里葉紅外光譜儀(FTIR)、紫外-可見光(UV-Vis)分光光度計、掃描電子顯微鏡(SEM)、熱分析儀(TGA/DSC)、質(zhì)譜儀(MS)等多種先進分析儀器,研究了密度對重組竹性能影響、熱處理提高耐光老化性能機理以及耐光老化重組竹耐光老化性能。所獲得的主要結(jié)論如下:(1)密度對戶外重組竹物理力學(xué)性能和耐光老化性能有顯著的影響。重組竹密度的增加提高了力學(xué)性能和光老化時色度、表面潤濕性的穩(wěn)定性,同時增加了相對粗糙度和降低了尺寸穩(wěn)定性。高密度對重組竹物理化學(xué)性能有利有弊,綜合考慮普通戶外重組竹密度為1.1 g/cm3最適合。(2)“熱處理對酶解木質(zhì)素性能影響”研究揭示了熱處理提高木竹材料耐光老化機理。木質(zhì)素熱解生成的物質(zhì)對紫外線吸光度降低是重組竹熱處理改善其耐光老化性能的主要原因,此研究結(jié)果可以用于戶外重組竹熱處理工藝的選擇。隨著熱處理溫度升高和處理時間延長,木質(zhì)素失重率、色差呈現(xiàn)增大趨勢,UV-Vis吸光度呈現(xiàn)降低的趨勢。這表明,熱處理時木質(zhì)素發(fā)生了明顯的熱化學(xué)反應(yīng),木質(zhì)素發(fā)色基團的增加導(dǎo)致木質(zhì)素熱處理后可見光吸光度及色差增加。FTIR和質(zhì)譜分析結(jié)果證明了熱處理時大分子木質(zhì)素逐漸降解為小分子化合物的過程,高溫熱處理(220℃)形成的木質(zhì)素小分子在戶外應(yīng)用時易受水、熱等環(huán)境因素影響而流失,因此,戶外重組竹熱處理溫度不適合太高,本研究認為戶外重組竹熱處理最適合溫度為200℃左右,處理時間2-4 h。(3)采用BTZ-1、乙酸乙酯、無水酒精和成膜物質(zhì)于基材表面構(gòu)建了“紫外屏蔽系統(tǒng)”(耐光老化涂層),其具有良好的紫外光(UVA和UVB)屏蔽性(≥99%)和可見光透過率(≥90%)。光老化試驗表明,該系統(tǒng)在保護基材的同時有效降低了系統(tǒng)本身的老化速度。通過建模可以預(yù)測不同BTZ-1濃度和涂飾量時涂層的吸光度,通過控制BTZ-1濃度和涂飾量可以調(diào)控紫外屏蔽系統(tǒng)的屏蔽效果;基于上述模型可以計算有效保護基材的BTZ-1臨界載藥量,其值為1.82±0.05 g/m~2。(4)將UV漆型“紫外屏蔽系統(tǒng)”應(yīng)用于戶外重組竹上制備得到耐光老化重組竹,其顯著地提高了加速光老化時產(chǎn)品的色度、光澤度、表面潤濕性等性能的穩(wěn)定性,耐光老化重組竹光老化后色度、光澤度值僅為對照產(chǎn)品的52%、53%。衰減全反射傅里葉變換紅外光譜(ATR)結(jié)果表明,耐光老化重組竹光氧化程度較對照試樣明顯降低。
[Abstract]:Recombinant bamboo is one of the main industrial products in the development of bamboo industry in China. With the development of large-scale beautiful China and ecological civilization construction in China, outdoor recombinant bamboo has become one of the most potential areas for development. In the outdoor application of recombinant bamboo, environmental factors such as sunlight, moisture and oxygen accelerate the aging of materials, seriously affect the physical and chemical properties of recombinant bamboo, limit the utilization range of recombinant bamboo and shorten the service life of recombinant bamboo. In this paper, the optimum density and heat treatment technology of outdoor recombinant bamboo were studied, and the weatherability of outdoor recombinant bamboo was improved by combining the existing production technology of outdoor recombinant bamboo. An ultraviolet shielding system was established to prepare the light-aging resistant recombinant bamboo and its aging properties were studied. The effects of density on the properties of the recombinant bamboo were studied by means of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), ultraviolet-visible spectrophotometer (UV-Vis), scanning electron microscopy (SEM), thermal analysis (TGA/DSC), mass spectrometry (MS). The main conclusions are as follows: (1) Density has a significant effect on the physical and mechanical properties and light aging resistance of outdoor recombinant bamboo. The increase of density of recombinant bamboo improves the mechanical properties and chroma and surface wettability during light aging. High density has advantages and disadvantages on the physical and chemical properties of the bamboo. Considering the density of 1.1 g/cm 3, it is most suitable. (2) The study on the effect of heat treatment on the properties of enzymatic lignin reveals the mechanism of heat treatment improving the light aging resistance of Wood-bamboo materials. The decrease of ultraviolet absorbance is the main reason for the improvement of light aging resistance of bamboo by heat treatment. The results can be used for the selection of heat treatment process of bamboo. The results of FTIR and MS analysis showed that the lignin was gradually degraded into small molecular compounds during heat treatment, and the lignin was formed by high temperature heat treatment (220 C). Small molecule in the outdoor application is easily affected by environmental factors such as water, heat and so on. Therefore, the outdoor heat treatment temperature of recombinant bamboo is not suitable for too high. "UV shielding system" (anti-aging coating) has good UV (UVA and UVB) shielding property (> 99%) and visible light transmittance (> 90%). The photoaging test shows that the system can effectively reduce the aging rate of the system while protecting the substrate. The absorption of the coating can be predicted at different BTZ-1 concentration and coating amount by modeling. By controlling the concentration of BTZ-1 and the amount of coating, the shielding effect of the ultraviolet shielding system can be regulated. Based on the above model, the critical drug loading of BTZ-1 can be calculated with the value of 1.82.05 g/m~2. (4) The light-aging resistant recombinant bamboo was prepared by applying the UV paint-type "ultraviolet shielding system" to the outdoor recombinant bamboo. The stability of color, gloss and surface wettability of the product was improved. The gloss value of the light-aging-resistant bamboo was only 52% and 53% of that of the control bamboo. The ATR results showed that the light oxidation degree of the light-aging-resistant bamboo was obviously lower than that of the control bamboo.
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TS652

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本文編號：2203485