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毛竹材表面光化降解的FTIR和XPS分析

黎昕 | -> | 707| 0| 337.341MB |竹材,光化降解,木质素,傅里叶变换红外光谱,X射线光电子能谱

黎昕 黎昕 | 文档量 |浏览量8257

摘 要 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( XPS) 对竹材表面化学组成和结构变化进行表征。XPS 测试结果表明, 竹材表面光劣化处理后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( C O ) 和C4( O C O ) 含量增加明显, C 的氧化态显著升高。FT IR 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, 其相对含量在劣化处理后明显提高。
    竹材或竹制品以其鲜亮的色泽及特殊的纹理深受人们喜爱, 然而当其暴露于室外环境, 由于受太阳辐射、雨水淋溶、温度变化等气候因子的作用, 竹材表面逐渐失去光泽, 甚至变色, 使其表面性状和品质劣化, 丧失其原有吸引人的特色, 大大降低竹制品的价值。在诸多因素中, 太阳辐射中的紫外线是引起竹材降解的最重要因子。与木材类似, 竹材主要是由纤维素、半纤维素、木质素及各种抽提物组成, 光照过程中这些物质在光能的作用下发生非常复杂的物理、化学变化。魏学智等[ 1] 研究了紫外线辐射过程中毛竹纤维及薄壁组织细胞壁层超微结构的变化。最近, 有学者针对竹材难以胶合的特点, 利用紫外线照射竹材表面以改善其润湿性和胶合性能[2] 。然而有关竹材光变色和光化降解规律的研究, 迄今少见报道。
    光化降解过程很大程度上受木质材料表面性质的影响[3] 。竹材的组织结构与木材有着较大的差异。竹材主要由基本组织和微管束( 导管和厚壁纤维) 组成; 微管束在竹壁内分布不均匀, 在竹壁外围部分微管束小而多, 在竹壁内部微管束大而少; 竹材节间细胞组织全部纵向排列, 不像木材那样有径向分布的薄壁细胞和射线细胞。另外, 竹材木聚糖及木质素的构造与木材有很大差异[ 4-6] 。这种组织结构及化学组成的差别导致竹材表面构造、粗糙度、密度以及表面化学成分与木材有较大的差异, 进而使得竹材表面光化降解行为与木材有所不同。因而木材相关研究结果不能简单地应用于竹材, 有必要针对竹材自身的材性特点开展研究。本文利用模拟太阳辐射的氙光衰减仪对竹材表面进行劣化处理, 采用傅里叶变换红外光谱(FTIR) 和X 射线光电子能谱( XPS) 技术分析竹材表面劣化过程中化学成分的变化, 探求竹材光变色的内在机制, 从而为竹材的变色防治和色泽保护, 实现竹材的高效利用提供理论依据。
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