一种木材细胞壁孔隙表面横向弛豫率的测定方法技术

本发明专利技术涉及一种木材细胞壁孔隙表面横向弛豫率的测定方法，包括以下步骤：（1）对木材试样依次进行热处理和饱水处理，得到饱水试样；（2）采用时域核磁共振波谱仪测定饱水试样的横向弛豫时间分布曲线，得到曲线1；（3）将经过步骤（2）测定之后的木材试样干燥至绝干，再进行气体吸附孔径测定，得到曲线2；（4）基于曲线1和曲线2的数据进行计算，获得相同累积分布频率下，气体吸附孔径所对应的横向弛豫时间数值，得到曲线3；（5）结合曲线2和曲线3，获得木材试样的细胞壁孔径范围内的不同孔隙系统的分布节点，确定各节点之间的换算系数，进而确定木材试样细胞壁不同孔隙系统的表面横向弛豫率。材试样细胞壁不同孔隙系统的表面横向弛豫率。材试样细胞壁不同孔隙系统的表面横向弛豫率。

【技术实现步骤摘要】
一种木材细胞壁孔隙表面横向弛豫率的测定方法


[0001]本专利技术属于木材细胞壁孔隙检测
，具体涉及一种木材细胞壁孔隙表面横向弛豫率的测定方法。

技术介绍

[0002]木材是一种重要的材料，在国民生产和生活中占有重要地位，广泛应用于建筑建材、家具、环保、能源、化工等领域。木材由于其自然生长的特点，能够形成结构层次分明、构造有序的天然有机复合材料，具有精细的分级多孔结构。国内外学者将木材孔隙按尺度分为宏观（大孔）、介观（介孔）和微观孔隙（微孔），细胞壁孔隙一般属于介观（介孔）和微观孔隙（微孔），主要包括纹孔孔隙和微纤丝间隙。木材细胞壁孔隙对木材性质及在木材的加工与利用过程发挥着重要作用，它不仅对木材干燥、木材浸渍及改性等工艺影响很大，也与终端产品的质量状况及使用性能密切相关，因此，全面、准确的木材孔隙结构信息至关重要。
[0003]目前的木材细胞壁孔隙测量方法主要有气体吸附法、热孔计法、冷孔计法、压汞法、显微成像法、电子计算机断层扫描法、时域核磁共振法。热孔计法、冷孔计法不适合用于较大孔隙的测定；压汞法适用于测定大孔和孔径较大的中孔系统，无法测定孔径小于3nm的微孔系统，且对于孔径大于3nm的较小微孔系统容易因进汞压力引起木材内部构造的冲塌或破坏而影响较小微孔的孔径测定，另外，压汞法所测样品无法回收，且使用到的汞具有一定毒性；显微成像法和电子计算机断层扫描法受视野和像素影响较大。
[0004]依据GB/T 21650.3，2011标准，气体吸附法适用于测量孔径范围为0.4～2.0 nm的微孔和2.0～100 nm的中孔及大孔，是目前用于表征木材构造单元中的细胞壁孔隙常用的测试手段，且计算方法较为成熟，其中，气体可选择氮气、CO2或氩气。然而，气体吸附法测试时间长，能耗高，效率低。时域核磁共振法需要选用与木材孔隙相近且具有已知平均孔径的标准样品对木材孔隙表面弛豫率进行定标，进而获得T2分布与孔径间的转换系数以确定孔径分布，而标准样品无法准确反映木材孔隙，因此测定结果仍存在较大偏差。本领域技术人员需要一种更为精确的木材细胞壁孔隙表面横向弛豫率测定方法。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供一种木材细胞壁孔隙表面横向弛豫率的测定方法，包括以下步骤：S100：对木材试样依次进行热处理和饱水处理，使木材试样内部和表面的孔隙都充满水，得到饱水试样；S200：采用时域核磁共振波谱仪测定所述饱水试样的横向弛豫时间分布曲线，得到曲线1；S300：将经过步骤S200测定之后的木材试样干燥至绝干，再进行气体吸附孔径测定，得到气体吸附孔径分布曲线，进而计算得到气体吸附孔径d的累积分布曲线2；S400：基于曲线1和曲线2的数据进行计算，获得相同累积分布频率下，气体吸附孔
径d所对应的横向弛豫时间T2数值，得到T2
‑
d的分布曲线3；S500：结合曲线2和曲线3的形态分布，获得木材试样的细胞壁孔径范围内不同孔隙系统的分布节点，对以下公式（1）进行线性回归，确定各分布节点之间的气体吸附孔径和核磁孔径对应的第一换算系数Q和第二换算系数K的值，lgd
j
=lgQ+Klg(V1×
T2
j
/V)
ꢀꢀꢀ
（1）其中，d
j
为曲线3相邻的两个分布节点之间第j个数据点对应的气体吸附孔径，um；V1为核磁共振测试完毕后的试样进行绝干处理后的体积，cm3；T2
j
为曲线3相邻的两个分布节点之间第j个数据点对应的T2，ms；V为饱水试样体积，cm3；再利用以下公式（2）求得木材试样细胞壁孔隙的表面横向弛豫率ρ
r2
，ρ
r2
=（Q/2）
1/K
/Fs
ꢀꢀꢀ
（2）其中，Fs为形状因子。
[0006]所述w
j
为分布频率，并依据以下公式（3）确定，w
j
=S
j
‑
S
j
‑1ꢀꢀꢀ
（3）其中，S
j
为曲线3相邻的两个分布节点之间第j个数据点对应的气体吸附孔径的累积分布频率，S
j
‑1为曲线3相邻的两个分布节点之间第j
‑
1个数据点对应的气体吸附孔径的累积分布频率。
[0007]可选的，步骤S100具体包括以下步骤：（1）选取木材试样进行热重分析，确定热处理的温度，防止热处理温度过高而破坏木材试样的细胞壁的化学组分，影响细胞壁孔隙测定；（2）对木材试样进行热处理，将木材试件在100
‑
105℃下烘至绝干，而后程序升温至步骤（1）确定的热处理温度，再进行保温，得到热处理试样；（3）对所述热处理试样进行煮沸处理，将热处理试样完全浸泡在蒸馏水中，煮沸30
‑
60min，得到煮沸试样；（4）在真空干燥环境中对所述煮沸试样进行饱水处理，同时超声处理，直至质量不再增加为止，得到饱水湿试样；（5）将所述饱水湿试样去除表面多余水分，得到饱水试样，记录饱水试样的质量m1和体积V。
[0008]可选的，步骤（2）中，程序升温的速率为5
‑
15℃/min，热处理在氮气保护下进行，保温时间为0.5
‑
20h。本专利技术经过实验，大部分木材的热处理温度为120
‑
250℃。
[0009]本专利技术是针对木材试样的细胞壁孔隙进行测定，由于木材天然生长的特点，其细胞壁上带有的游离羟基在煮沸处理和饱水处理中将形成氢键，增加对水的吸附。步骤（2）的热处理能够去除木材试样细胞壁上的游离羟基，避免因为游离羟基而吸水，增加核磁共振检测的准确性。
[0010]优选的，步骤（4）的饱水处理具体为：将所述热处理试样在真空干燥环境中饱水处理放置12
‑
24h后，取出至常压环境中静置12
‑
24h，而后进行超声处理；循环以上操作，直至质量不再增加为止，得到饱水湿试样；可选的，步骤（4）中，超声处理的功率为40
‑
60W，频率为40
‑
60QHz。
[0011]优选的，步骤（4）中，在真空干燥环节中进行程序升温，升温速率为5
‑
8℃/min，升温至50
‑
70℃，保持6
‑
48h；在常压静置环节中进行程序升温，升温速率为5
‑
8℃/min，升温至
50
‑
70℃，保持6
‑
48h。
[0012]本领域中现有的饱水处理都是将试样直接放入水中浸泡，室温下静置或在真空环境下进行，处理时间较长，导致测试效率极低。本专利技术在步骤（4），使用真空干燥和常压间隔处理的方式，真空环境促进试样中空气的排出，促进水分的吸收，当试样从真空移至常压环境中，压力增大，有助于试样表面的水分进入试样内部，试样交替处于真空和常压的环境中，促进水进入试样孔隙中，提高饱水处理的效率，再加上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种木材细胞壁孔隙表面横向弛豫率的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：S100：对木材试样依次进行热处理和饱水处理，使木材试样内部和表面的孔隙都充满水，得到饱水试样；S200：采用时域核磁共振波谱仪测定所述饱水试样的横向弛豫时间分布曲线，得到曲线1；S300：将经过步骤S200测定之后的木材试样干燥至绝干，再进行气体吸附孔径测定，得到气体吸附孔径分布曲线，进而计算得到气体吸附孔径d的累积分布曲线2；S400：基于曲线1和曲线2的数据进行计算，获得相同累积分布频率下，气体吸附孔径d所对应的横向弛豫时间T2数值，得到T2
‑
d的分布曲线3；S500：结合曲线2和曲线3的形态分布，获得木材试样的细胞壁孔径范围内不同孔隙系统的分布节点，对以下公式（1）进行线性回归，确定各分布节点之间的气体吸附孔径和核磁孔径对应的第一换算系数Q和第二换算系数K的值，lgd
j
=lgQ+Klg(V1×
T2
j
/V)
ꢀꢀꢀ
（1）其中，d
j
为曲线3相邻的两个分布节点之间第j个数据点对应的气体吸附孔径，um；V1为核磁共振测试完毕后的试样进行绝干处理后的体积，cm3；T2
j
为曲线3相邻的两个分布节点之间第j个数据点对应的T2，ms；V为饱水试样体积，cm3；再利用以下公式（2）求得木材试样细胞壁孔隙的表面横向弛豫率ρ
r2
，ρ
r2
=（Q/2）
1/K
/Fs
ꢀꢀꢀ
（2）其中，Fs为形状因子。2.根据权利要求1所述的木材细胞壁孔隙表面横向弛豫率的测定方法，其特征在于，步骤S100具体包括以下步骤：（1）选取木材试样进行热重分析，确定热处理的温度，防止热处理温度过高而破坏木材试样的细胞壁的化学组分，影响细胞壁孔隙测定；（2）对木材试样进行热处理，将木材试件在100
‑
105℃下烘至绝干，而后程序升温至步骤（1）确定的热处理温度，再进行保温，得到热处理试样；（3）对所述热处理试样进行煮沸处理，将热处理试样完全浸泡在蒸馏水中，煮沸30
‑
60min，得到煮沸试样；（4）在真空干燥环境中对所述煮沸试样进行饱水处理，同时超声处理，直至质量不再增加为止，得到饱水湿试样；（5）将所述饱水湿试样去除表面多余水分，得到饱水试样，记录饱水试样的质量m1和体积V。3.根据权利要求2所述的木材细胞壁孔隙表面横向弛豫率的测定方法，其特征在于，步骤（2）中，程序升温的速率为5
‑
15℃/min，热处理在氮气保护下进行，保温时间为0.5
‑
20h。4.根据权利要求2所述的木材细胞壁孔隙表面横向弛豫率的测定方法，其特征在于，步骤（4）的饱水处理具体为：将所述热处理试样在真空干燥环境中饱水处理放置12
‑
24h后，取出至常压环境中静置12
‑
24h，而后进行超声处理；循环以上操作，直至质量不再增加为止，得到饱水湿试样。5.根据权利要求2所述的木材细胞壁孔隙表面横向弛豫率的测定方法，其特征在于，步骤（5）中，用拧干的湿毛巾轻拭饱水湿试样表面后，直至使用干纸巾轻轻沾到试样表面并保
持0.5
‑
1s后，干纸巾上无水印。6.根据权利要求1所述的木材细胞壁孔隙表面横向弛豫率的测定方法，其特征在于，步骤S200中，时域核磁共振波谱仪的测定参数为CPMG脉冲序列，扫描次数为16
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：金枝，付跃进，陈倩，曾珍，胡生辉，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院木材工业研究所，
类型：发明
国别省市：