1、广西农学报Journal of Guangxi Agriculture第 38 卷第 3 期Vol.38，No.3732023 年 6 月June，2023表面活性剂对改性大叶桉性能影响覃引鸾（广西生态工程职业技术学院，广西 柳州 545004）摘要：【目的】利用表面活性物质对速生桉树进行改性，为桉树的利用提供技术依据。【方法】采用十二烷基硫酸钠（SDS）和尿素作为表面活性剂，观察三聚氰胺改性脲醛树脂改性桉木性能。并通过红外光谱 FTIR、X-射线能谱 XRD、及动态热机械 DMA 分析观察改性桉木性能。【结果】结果表明：添加了 SDS 的改性材增重率、抗胀缩性最大，分别为 8.98%和 28
2、.00%，改性材的动态热机械性能提高，尺寸稳定性增加。【结论】表面活性剂对提高改性剂改性桉木效果良好。关键词：大叶桉；SDS；三聚氰胺改性脲醛树脂；改性中图分类号：S781 文献标识号：A 文章编号：1003-4374（2023）03-0073-06Effect of Surfactant on Properties of Modified Eucalyptus robusta Qin Yin-luan（Guangxi Eco-engineering Vocational and Technical College,Liuzhou,Guangxi 545004,China）Abstract:【
3、Objective】The surface active substances were applied to modify the fast-growing eucalyptus robusta to provide technical basis for the utilization of eucalyptus robusta.【Method】The sodium dodecyl sulfate(SDS)and urea was applied as a surfactant to observe the properties of melamine-modified urea-form
4、aldehyde resin(MUF)modified eucalyptus robusta.The properties of modified eucalyptus were observed and analyzed by FTIR,XRD and DMA analysis.【Result】The results showed that the weight gain rate(WPG)and anti-swelling and shrinkage(ASE)properties of the modified eucalyptus robusta with SDS were the la
5、rgest,which were 8.98%and 28.00%,respectively.The dynamic thermo-mechanical properties and dimensional stability of modified materials were improved.【Conclusion】The effect of surfactants on the modification of eucalyptus robusta is good.Key words:eucalyptus robusta,sodium dodecyl sulfate(SDS),melami
6、ne-modified urea-formaldehyde resin(MUF)，modification2021 年广西木材产量超过 3600104m3，占全国木材产量的 40%左右，为广西木材加工业的发展提供了资源保障。但由于速生桉树木材易开裂、尺寸稳定性差等缺点，众多研究人员对桉树的木材性、功能性改良进行研究。1-4目前利用的改性剂对桉木的改性效果并不理想，特别是从改性桉木的增重率和力学性能上。5，6表面活性剂是能使目标溶液表面张力显著下降的物质，能提高目标物质表面活性的试剂7。表面活性剂又是极性和非极性亲和的化合物，收稿日期：2023-04-25 修回日期：2023-05-05基金项目
7、：广西林业科技项目（桂林科学研究2022ZC第 51 号）。作者简介：覃引鸾，女，1985 年生，博士，副教授，主要从事木材性能，木质复合材料的研究工作。农业工程广西农学报742023 年应用范围广8，在较低浓度下能增加物体表面活性9，10。本研究采用十二烷基硫酸钠（SDS）的活性作用，三聚氰胺改性脲醛树脂对速生桉树进行改性，探索在表面活性剂作用下桉木改性效果，为桉树的利用提供技术依据。1 材料和方法1.1 实验材料大叶桉（Eucalyptus robusta Smith）经气干后，除去缺陷，制成 20mm20mm20mm（纵向 径向 弦向）的试件。将试件放入苯-乙醇（体积比 21）溶液抽提
8、8h，热水（100）抽提 5h 后，烘干记录尺寸和重量。尿素，纯度 98%；甲醛，浓度 37%；氢氧化钠，纯度 99%；三聚氰胺，纯度 99.9%；十二烷基硫酸钠（SDS）。三聚氰胺改性脲醛树脂（MUF）合成参看文献11。树脂最终摩尔比（F/U+M）为 1.0。1.2 实验方法1.2.1 试件的处理因前期研究12得出尿素溶液可增加功能性改性剂的渗透量，因此本研究中有部分试件在尿素处理后或在表面活性剂添加的同时利用尿素进行处理。将试样材料中的试件分为几组，每组 5 个试件，分别进行如下处理：（1）将试件放入配制 30浓度的 MUF 溶液中，记为 M。（2）将试件放入 5%尿素溶液中常温常压浸渍6
9、h，绝干后分别加入 30%浓度的 MUF 溶液混合（在混合液中添加 0.5%、1%、2%的固体颗粒浓度的SDS），在 500rpm 迅速搅拌 30s。分别记为 SDM0，SDM1，SDM2。（3）在 5%尿素溶液中分别加入 0.5%、1%、2%的 SDS，在 500rpm 迅速搅拌 30s，常温常压下浸渍 6h，试件绝干后放入 30%浓度的 MUF 溶液中。分别记为 NSD0，NSD1，NSD2。（4）将试件放入 5%尿素+30%MUF 溶液中，记为 NM。（5）将试件放入 1%SDS+30%MUF 溶液中，记为 DM。上述试件放入真空容器中真空浸渍 30min（0.095MPa），后常压放置
10、 6h，而后先在烘箱内干燥 30min（120）固化树脂，最后在 1032下干燥至恒重，记录其尺寸和重量。1.2.2 性能测定与表征（1）增重率（WPG）、吸水率（WA）和抗胀缩率（ASE）计算参看文献11。（2）利用傅里叶红外光谱（FTIR）进行桉木化学分析干燥粉末试样与 KBr 以 150 的比列混合成片。美国 Nicolet6700 傅里叶红外光谱仪进行化学成分分析测试，扫描分辨率为 4cm-1，范围为4500300cm-1，扫描次数为 32 次。（3）结晶度测定利用德国 X 射线衍射仪（BrukerD8Advance）对木材进行结晶度（XRD）测定。扫描速度 2/min，扫描范围 2
11、为 545。（4）动态机械性能分析（DMA）采用美国 TAQ800 动态热机械分析仪对木材进行动态机械性能测定。测试温度范围为 30255，升温速度 3/min，测试频率 2Hz。每组测试三个试件。2 结果与分析2.1 对改性材物理性能的影响木材相关性能见表 1。尿素、树脂处理材（NM）和处理材（DM）的 WPG 值均大于树脂单独处理材（M），说明尿素和 SDS 对 MUF 树脂渗入大叶桉有促进作用，NM 和 DM 材的 WPG 值分别比 M 提高了13.62%和 15.23%。添加尿素增加树脂的渗入量，主要因为尿素对木材主要物质、木材结构的影响。从表 1 可知，采用不同量的 SDS 处理木材
12、后，其改性材的 WPG 值均比未添加的改性材 M 大，且较 DM 大，其增幅在 20.64%79.56%之间，说明在溶液中添加了 SDS，可活化物体表面，木材和 MUF树脂表面的张力下降，MUF 树脂克服张力作用，更多的进入木材内部。因木材纤维素分子上的羟基与 SDS的硫酸基中的氧原子形成氢键13，使得木材的活性增加，当 MUF 树脂浸渍 SDS 预处理材时，MUF 又能与 SDS的碳链之间产生反应，而其亲水端羟基部分与木材表面的羟基结合，促进了 MUF 在木材中的渗透性，使得 WPG 显著提高。但将 SDS与 MUF 混合时，木材与 MUF 树脂之间形成了竞争关系，从而导致最终的 MUF 渗
13、入量变小。75覃引鸾：表面活性剂对改性大叶桉性能影响第 3 期经 MUF 树脂改性后，将改性桉木放入水中浸水 6h 后，改性桉木的吸水率均比对照材降低，说明经树脂改性桉木的吸水率均得到改善。M 的吸水率最低。说明 MUF 树脂本身是疏水性物质，能阻碍木材对水分的吸收。SDM 与 NSD 处理材相比，处理材的吸水率随着 SDS 含量的不同呈现不同的变化趋势。在 SDM处理材中，随着 SDS 含量的增加，处理材 WPG 和吸水率均增加，说明 SDS 在溶液中起到活化木材表面作用，增加了木材对改性剂的吸收，同时也增加了木材对水分的吸收。而在 NSD 处理材中，随着SDS 含量的增加，处理材 WPG
14、和吸水率均呈现先增加后下降的状况。因表面活性剂的加入，木材表面润湿性增加，吸水率提高。改性后桉木的 ASE 值大小为 NSD1 M NM SDM0，NSD1 处理材的增重率最大，ASE 值越大，木材尺寸稳定性改善效果越好，因为疏水性的 MUF树脂与木材细胞壁发生化学反应14，阻碍水分与木材羟基结合。而 NM 材，在增重率提高的同时，因木材结构被破坏而增加的水分吸收量12，对 ASE提高效果不佳。改性材的 ASE 值随着表面活性剂的增加逐渐减小，说明随着活性剂浓度的增加，其对木材尺寸稳定性有不利影响。表 1 木材相关性能增重率（%）吸水率（%）ASE（%）对照材-67.16（10.82）-M4.
15、99（0.39）56.95（3.14）23.63（7.64）NM5.67（0.51）60.49（4.95）21.18（7.90）SDM04.36（0.74）57.29（5.67）17.35（3.38）SDM14.39（0.82）60.45（5.34）1.78（2.38）SDM25.58（1.64）61.67（3.38）6.23（5.73）NSD06.50（1.42）60.86（4.18）17.23（6.52）NSD18.96（6.70）65.43（6.29）28.00（6.29）NSD26.02（1.11）57.22（4.49）12.69（9.45）DM5.75（0.92）60.08（3.60
16、）2.42（7.19）注：括号内数值为标准偏差2.2 对改性材力学性能的影响不同条件改性木材储能模量随温度的变化曲线见图 1。储能模量表征木材形变后回弹能力的重要参数。从图 1 可知，改性与未改性桉木的储能模量均随着温度的提高而降低，随温度的升高导致木材细胞壁内纤维素、半纤维素和木质素等分子链流动性增加，这是木材典型的粘弹特性。15SDM0 改性材表现出最大的储能模量，且储能模量的变化与 UF相似度高16，这可能是 MUF 树脂进入到细胞壁，抑制了细胞壁中纤维素分子链的移动所致。图 1 不同条件改性木材的储能模量随温度的变化曲线对照材SDM0NM001000200030004000500050100150200250储能模量（MPa）温度（）广西农学报762023 年MUF 树脂改性木材的损耗角正切（tan）随温度的变化曲线见图 2。木材的 Tan 曲线中出现 松弛，属于木材中吸附水的运动17。该松弛峰只出现在对照材和 NM 改性材中，NM 改性材相对明显，说明尿素的加入使得木材暴露更多的羟基，从而导致 NM 改性材在测试时吸收环境的水分，与木材吸水率的数值结果一致。损耗角正切（tan