迈克尔加成与自由基聚合序贯双固化技术在木材表面致密化中的应用研究

这篇研究创新性地将迈克尔加成（Michael addition）与紫外光引发自由基聚合（UV free radical polymerization）序贯双固化系统应用于木材表面致密化。通过生物基丙烯酸酯/丙二酸酯配方，结合实时傅里叶变换红外光谱（RT-FTIR）和光差示扫描量热法（Photo-DSC）分析固化动力学，证实双固化体系显著提升转化率（70%）、玻璃化转变温度（Tg 70°C）和交联密度（CLD 2600 mol/m3）。真空与非真空浸渍对比显示，该方法可使糖枫木表面硬度提升95%，且无需真空步骤即可达到与热带硬木相当的性能，为环保高效木材改性提供新策略。

　　

ABSTRACT

研究通过迈克尔加成与自由基光聚合的序贯双固化系统，显著提升木材表面密度与硬度。生物基丙烯酸酯/丙二酸酯配方经实时FTIR和Photo-DSC分析显示，双固化体系转化率（65%-70%）和材料性能均优于单一迈克尔加成体系。动态力学分析（DMA）表明，含三丙烯酸酯（TMPTA）的配方DT-DC交联密度达2600×10³ mol/m³，硬度提升95%，且X射线密度仪证实聚合物主要富集于木材表层。

材料与方法

2.1 材料
选用糖枫木（Acer saccharum）和生物基1,10-癸二醇二丙烯酸酯（DDDA）与三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）混合物，配比含20%丙二酸酯化聚酯树脂。光引发剂GENOCURE LTM（吸收峰350-400 nm）添加量为3%。

2.3 样品制备
双固化分两阶段：迈克尔加成（10 min室温暗反应）后，500 mW/cm² UV辐照（450 mJ/cm²）完成自由基聚合。真空与非真空浸渍对比显示，低粘度（17-27 cP）配方渗透深度无显著差异。

结果与讨论

3.1 固化动力学
FTIR监测C=C键（1636 cm^-1）消耗显示，DT-DC体系10 min内转化率达38%，UV固化3 min后升至70%。Photo-DSC证实三丙烯酸酯体系反应更快，30 min后剩余反应焓仅160 J/g。

3.2 聚合物性能
DT-DC的T_g（70±3°C）和柯尼希硬度（70次摆动）远超单一固化体系，归因于TMPTA的三官能团结构。DMA显示双固化使tanδ峰向高温偏移，表明网络结构更致密。

3.4 木材性能
双固化样品表面硬度达47 N/mm²，超过参考热带木材Jatoba（34 N/mm²）。拉曼光谱证实聚合物仅填充管胞腔，未与细胞壁组分发生化学反应。

结论

序贯双固化通过快速反应（总耗时<15 min）和低化学保留量（4%）实现木材表面高性能化，省略真空步骤可降低生产成本。该方法为开发环保型高硬度木地板提供了新途径。