绪论
1.1引言
木材被认为是一种天然可再生的环境友好型材料，其纹理美观、易于加工和强重比高等特性得到了人们的青睐[1]。但木材也存在易吸水吸湿、尺寸稳定性差及易被菌类和虫蚁等侵害。且无论是在室内还是户外，木材总是对温、湿度的变化较为敏感。当环境温、湿度条件变化时，木材会吸收或散失水分，发生干缩湿胀现象，影响了木材的尺寸稳定性。木材因此产生内应力，发生翘曲、开裂、变型，严重降低了木制品的质量和使用寿命[2]。因此，提高木材的疏水性和尺寸稳定性是木材功能性改良的重要研究课题之一。
聚乙二醇（PEG），无色无味，无毒害作用，是改善木材尺寸稳定性的有效改性剂。其通过渗入木材细胞壁而置换出木材中的水分，使木材细胞壁永久膨胀而不再收缩，从而有效改善木材的尺寸稳定性。但由于润胀作用，其对木材的孔隙结构产生不同程度的影响，从而在一定程度上将会影响改性剂对木材的进一步渗透和处理材的改性效果。现阶段，PEG的使用主要集中在古木修复、 改善木材尺寸稳定性和木材改性剂抗流失等研究领域。
硅溶胶，作为另一种无味无毒的环境友好型木材改性剂，可有效改善处理材的疏水性、阻燃性、耐腐性、尺寸稳定性以及物理力学性能等。硅溶胶处理木材的方式主要有两种：第一，以溶胶-凝胶的方式对木材进行改性处理。二氧化硅前驱体主利用木材中的水分和组分中的羟基进行水解、缩聚反应，在木材细胞腔甚至细胞壁内沉积纳米级的二氧化硅溶胶粒子并形成溶胶体系。溶胶经陈化，逐渐缩聚成具有三维网络结构的凝胶，从而提高处理材相关性能。第二，以常规处理方式对木材进行浸渍改性处理。该方法中，硅溶胶主要通过满细胞法浸渍到木材内，从而利用溶胶粒子之间的缩合反应以及溶胶粒子与木材组分中的羟基相互作用形成无机纳米粒子改性木材。因此，木材的孔隙结构大小和溶胶的粒径大小将直接影响处理材的改性效果。
基于多功能性木材改性的研究背景，本研究将利用聚乙二醇和硅溶胶对木材进行复合改性处理，主要探究不同处理形式对处理材疏水性和尺寸稳定性的影响（两种复合处理形式：第一种，先聚乙二醇预处理，后硅溶胶处理；第二种，聚乙二醇/硅溶胶共混后复合处理）。重点考察木材不同的初含水率和硅溶胶粒径对聚乙二醇/硅溶胶复合处理材性能的影响，从而为木材多功能性改良提供一定的借鉴和参考。
1.2木材构造特征
木材是一种多羟基天然多孔材料，含有大量吸湿性的羟基，极易吸水变形，出现干缩湿胀和变形开裂等问题。木材中的纤维素和半纤维素结构中具有大量羟基，为木材水分吸附提供了大量的亲和位点。纤维素是构成植物细胞壁的结构物质，它的吸湿性直接影响到木材的尺寸稳定性和强度。半纤维素是两种或两种以上单糖组成的不均一聚糖，具有无定形，聚合度低的特点。半纤维素具有一定的分支度，主链与侧链上有较多羧基和羟基等亲水性基团，是导致木材产生吸湿膨胀和变形开裂的因素之一。木质素的结构中也存在着许多极性基团，尤其是羟基较多，造成了很强的分子间、分子内氢键。由于木材的天然吸湿性，当木材中水分向外蒸发或从空气中吸收水分，细胞壁内非结晶区的相邻纤丝间、微纤丝间和水层变薄（或消失）而靠拢或变厚而伸展，从而导致细胞壁乃至整个木材尺寸和体积发生变化。因此，木材中含水率的变化会影响木材的物理力学性质以及机械加工性能。同时，周双林等[3]提出，处于长期的潮湿的环境下木材会滋生霉菌，对木材的组分和结构产生破坏，从而降低了木材的使用寿命。所以，对木材的防疏水处理显得尤为重要。
于此同时，木材具有微纳米级孔隙的多尺度分布结构。木材中孔隙按大小分为微孔（lt;2nm）、介孔（2-50nm）和大孔（gt;50nm）。大孔主要是针叶材管胞、阔叶材导管、木纤维细胞、树脂道和具缘纹孔口等构造的孔隙。微孔和介孔主要为细胞壁在干燥或润湿状态下的孔隙及微纤丝间隙[4]。木材中的孔隙特征随树种不同而有所差异。裂隙状的孔隙一般存在于针叶材细胞壁中，圆筒状多在环孔阔叶材中，散孔材中裂隙状和圆筒状孔隙并存。针叶材中的管孔孔隙尺寸较小，阔叶材中的管孔孔隙较大，不同树种之间存在有较大差异[5]。边材的有效孔隙直径显著大于心材[6]，渗透性较好，有助于木材改性剂的渗透。
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