糠醇和纳米二氧化硅处理木材的燃烧性能和物理力学性能评价
摘要：以纳米 SiO2为颗粒相，采用糠醇原位聚合法制备了速生杨木纳米复合材料，研究了纳米 SiO2对速生杨木纳米复合材料性能的影响。将不同量的纳米SiO2与糠醇（FA）水溶液混合，浸渍木材，然后加热引发FA原位聚合反应。通过糠醇浸渍处理，木材的尺寸稳定性、疏水性、表面硬度、抗压强度、弹性模量等物理力学性能得到明显改善。纳米SiO2的加入弥补了 FA 处理木材静曲强度的降低。扫描电子显微镜和红外分析表明，纳米二氧化硅被引入到杨木中，并被 FA 固定在细胞壁上。接触角分析表明，FA 和0.5-1.0% 的纳米颗粒共同影响木材表面的疏水性。此外，锥形量热仪的结果表明，当纳米SiO2添加量为2.0%时，木材的燃烧性和热稳定性得到了明显改善。
1引言
与大多数材料相比，木材是一种可再生资源。由于应用范围广泛，全球对木材产品的需求和要求不断增加。然而，由于其尺寸稳定性差、易生物降解和易燃等缺点，限制了其应用，尤其是速生材。因此，通过木材改性，如有机小分子化学改性，制备木材聚合物复合材料得到了大力发展。
木材聚合物复合材料是一种通过在木材内腔和/或细胞壁上进行原位聚合来改善木材性能的新技术，近几十年来得到了广泛研究。常用的聚合物有脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂。所制备的木材聚合物复合材料经处理后具有高尺寸稳定性、强度、持久性和轻微的抗白蚁性。
几十年来，人们一直在研究木材的糠醇（FA）改性，以探索新的工艺，并利用糠醇替代石油资源作为木材改性剂。糠醇是一种可再生糖类资源，具有较高反应活性的中间体。糠醇改性主要是在木材中加入糠醇等浸渍剂，然后在高温下进行原位聚合反应。
此后研究表明，木材的许多性能，如尺寸稳定性、耐久性和表面硬度经糠醇处理后得到了改善。但糠醇改性不能改善木材的抗弯强度和冲击强度。此外，糠醇改性木材的燃烧性能也没有得到研究。
纳米处理技术在木材改性中的应用为提高木材质量提供了新方法。这些新产品被称为木材聚合物纳米复合材料(WPNC)，具有良好的物理、机械和其他性能。在 FA 和纳米SiO2为基体的聚合物基纳米复合材料(PNC)研究中表明，纳米粒子对杂化材料的性能有一定的影响。具体而言，纳米 SiO2可以通过纳米限制作用提高FA/SiO2的热稳定性。此外，胶体二氧化硅能有效地减少木材的燃烧性。因此，使用FA和纳米粒子制备具有良好性能的WPNC 是可能的。尽管如此，目前还没有文献报道使用FA和纳米SiO2制备WPNC。
为此，本文以纳米二氧化硅和糠醇为原料，采用原位聚合法在杨木材中制备木材纳米聚合物复合材料，将纳米二氧化硅填充进杨木中，并用 FA 将其固定在杨木细胞壁上。研究了纳米二氧化硅对其性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和接触角测量仪等方法，研究了纳米 SiO2对 WPNCs 性能和制备的影响(如物理机械性能、表面硬度、光学性能和动态润湿性能)。此外，还利用锥形量热仪对糠醇改性木材和FA/SiO2处理木材的燃烧性能进行了评价。
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