利用近红外光谱技术预测粗皮桉木材弹性模量

采用近红外光谱分析技术,对粗皮桉木材弹性模量进行了快速预测研究.使用快速傅里叶变换(FFT)分析法和常规力学测试方法测定了粗皮桉木材无疵小试样的弹性模量,并用近红外光谱仪采集试样径切面和弦切面的近红外漫反射光谱,对原始光谱进行二阶导数预处理,并选择410～2 480 nm光谱段建立回归模型.以2/3的试样作为校正集建立弹性模量的偏最小二乘法校正模型,以1/3/的试样作为预测集对模型进行验证.结果表明,粗皮桉木材的弹性模量与近红外光谱之间有较好的相关性,纵向弹性模量和抗弯弹性模量的预测模型的相关系数分别为0.93和0.81,相对分析误差分别为2.70和1.71.利用近红外光谱分析方法可以实现对粗皮桉木材无疵小试样弹性模量的快速预测.     

木材微纤丝角四种测试方法对比研究

分别采用X射线衍射法、偏振光显微镜法、纹孔观察法和近红外光谱预测法对杉木木材的微纤丝角进行了测定,结果表明：对于同一株杉木,纹孔观察法测得的微纤丝角平均值最大,X射线衍射法次之,偏振光显微镜法最小,三种方法得到的微纤丝角差异不显著;对于不同年轮的微纤丝角,X射线衍射法测定值于第20年轮以后变得最大,纹孔观察法测定值上下浮动最大,偏振光显微镜法测定值相对最为集中,越远离髓心三种方法的测定值曲线吻合得越好,同一年轮微纤丝角采用不同方法测定时差异不显著;对于同一年轮的微纤丝角,偏振光显微镜法得到的最大值与最小值相差不大于4°,而纹孔观察法相差达到21.53°,其标准偏差也达到4.75。近红外光谱预测法和X射线衍射法均属于无损检测法,它们两个联立建立的模型精度高,预测性和重现性好、便于实现在线分析,其校正模型和验证模型的相关系数R2分别达到了0.81和0.75,校正标准误差和预测标准误差分别为1.79和2.02。另外,其他三种方法均可以与近红外光谱技术联用来预测该木材的微纤丝角,显示了近红外光谱技术无与伦比的优越性。同时,文章分析了这四种方法的优缺点,探讨了产生这种结果的原因,以便为广大研究者提供参考。     

低分子量酚醛树脂处理对杉木细胞壁的改性机理研究

木材细胞壁的改性机理研究是改良木材处理试剂,优化木材处理工艺,提高木材密度、力学、尺寸稳定性等各项性能的关键。以人工林杉木为研究对象,采用合成的水溶性低分子量酚醛树脂(PF)对杉木试材进行逐步的真空加压浸渍处理,通过高精度、高分辨的X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和核磁共振仪(NMR)(采用交叉极化/魔角旋转法进行连续测试)对处理和对照试样的相关物理和化学性能进行了对比分析,研究结果表明：水溶性低分子量PF处理后,试样的结晶度与未处理的对照样相比,数值降低明显,平均降低率分别为12.67%,11.91%和6.26%。结合FTIR和NMR 13C的检测谱图发现,水溶性低分子量PF改性后的杉木与对照杉木相比,没有增加新的酯类、醚类等官能团特征峰和化学位移,认为水溶性低分子量PF不能与杉木发生明显的化学反应,但会进入到结构较松散、空隙尺寸较大、相对面积较多的管胞细胞壁中的非结晶区,形成物理性的充填,最终引起杉木相对结晶度的降低。本研究对于研发新型木材改性试剂、优化木材改性处理工艺具有重要的参考价值,研究结果还将为进一步探明木材细胞壁的改性机制、丰富木材细胞壁的改性理论提供重要的依据。     

FTIR及CLSM对转基因杨木细胞壁木质素含量及微区分布研究

通过木质素基因工程能够有效降低杨木细胞壁木质素含量,从而改善人工林杨树作为木质纤维材料的利用现状。选取C3H基因活性抑制表达的转基因杨树和其对照组杨树为实验材料,利用傅里叶红外光谱(FTIR)技术快速表征C3H基因表达活性降低后幼龄杨木细胞壁木质素的含量,并结合激光共聚焦显微镜(CLSM)和组织化学染色技术原位表征木质素含量微区分布变化规律。结果表明转基因杨树与对照组杨树红外谱图的形状和特征峰数目、位置基本一致,表明C3H基因活性降低并未改变杨木细胞壁主要化学成分及结构,但I_{1 508}/I_{1 379},I_{1 508}/I_{1 425}和I_{1 508}/I_{1 740}木质素特征峰高度比值结果表明转基因杨木木质素含量下降了8.2%～9.5%,峰强度的区别说明C3H基因活性抑制表达能够改变杨木细胞壁上木质素等化学组分含量;CLSM观察发现转基因杨木木质素微区分布含量均为纤维细胞角隅>复合胞间层>次生壁,与对照组木质素呈现相同的沉积规律,且转基因杨木细胞壁木质素浓度低于对照组杨木;组织化学染色的结果同样表明杨木S单体木质素均匀分布于纤维细胞壁上,而G单体木质素微区沉积规律为纤维细胞角隅>复合胞间层>次生壁,进一步揭示了C3H基因活性的降低并没有改变转基因杨木G和S木质素单体的沉积规律,但对其纤维和导管壁上木质素单体含量分布有一定影响。     

毛竹材表面光化降解的FTIR和XPS分析

竹材光变色和光化降解过程比较复杂。该文以我国资源丰富的毛竹为研究对象,利用氙光衰减仪对竹材进行表面劣化处理,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱分析(XPS)对竹材表面化学组成和结构的变化进行表征。XPS测试结果表明,竹材表面光劣化处理后其O元素含量及氧碳比(O/C)明显增加;从C原子结合形式来看,C1(C—C)含量减少,C2(C—O)含量增加,C3(CO)和C4(OCO)含量增加明显,C的氧化态显著升高。FTIR分析表明,光劣化处理使得与木质素有关的吸收峰(如1 604,1 512及1 462 cm-1)强度明显降低,木质素发生降解,同时1 735 cm-1处非共轭羰基吸收峰强度明显增强,表明有新的羰基类物质生成,竹材表面发生光氧化反应。竹材表面的多糖物质(纤维素和半纤维素)受光劣化影响较小,其表面多糖相对含量在劣化处理后明显提高。