竹材遇热难题的破解之道：桐油与氧化锆粉末处理提升其热稳定性

为解决竹材耐热性差的问题，研究人员开展桐油和氧化锆粉末处理竹材的研究，发现能提升热稳定性。

　　

竹材研究：突破耐热瓶颈，挖掘绿色潜力

在环保浪潮的推动下，竹材凭借其快速生长、出色的机械性能等优势，成为可持续材料领域的 “潜力股”。与生长周期漫长的木材相比，竹材平均 2 - 4 个月就能成材，在森林覆盖率方面也占据重要地位，同时还具备碳捕获的潜力。然而，竹材也有明显的 “短板”。它是可燃材料，耐热性差，在高温环境下容易被破坏；高孔隙率导致干燥时竹材细胞壁易起皱、压缩；高各向异性和强吸湿性使其尺寸稳定性欠佳，易变形、断裂。这些问题限制了竹材在众多领域的广泛应用，开发提升竹材性能的技术迫在眉睫。

为攻克竹材性能的难题，中国研究人员深入探索，在《Advances in Bamboo Science》发表了一项重要研究。他们聚焦桐油和氧化锆粉末对竹材的表面处理，旨在全方位提升竹材的热稳定性和综合性能。

研究人员采用多种先进技术方法对竹材进行研究。在样本处理上，选取中国昆山的毛竹（Phyllostachys edulis），经过多道精细工序制成合适样本，分别进行桐油、不同浓度氧化锆粉末与桐油混合处理，随后在不同温度下热处理。研究借助颜色测量、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X 射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和热重分析（TGA）等技术，从不同角度分析处理前后竹材的性能变化。

颜色测量方面，通过比色计按照 CIE 1976 Lab * 颜色测量系统进行测定。结果显示，随着热处理温度升高，样本颜色普遍加深。其中，0.6 g/ml 氧化锆与桐油处理的样本颜色变化最小，在 300℃时抗热效果最佳，说明该处理能有效阻挡热量，减少样本碳化程度。这一现象直观地展示了不同处理对竹材抗热性能的影响。

FTIR 光谱分析用于研究竹材表面化学成分变化。处理后的样本在 3370 cm^-1处与 -OH 拉伸振动相关的吸收峰不明显，表明处理提升了样本尺寸稳定性，减少了吸湿基团。1730 cm^-1处峰强度随温度升高而降低，反映出半纤维素的降解。未经处理的样本在 1050 cm^-1处有代表 C - O 拉伸的高峰，意味着多糖降解，而处理后的样本该峰消失，说明处理有效防止了多糖降解。同时，在 690 cm^-1及以下能观察到氧化锆粉末的特征峰，证明其在样本表面的存在，氧化锆涂层可有效阻止纤维素膜拉伸，体现出良好的热稳定性。

XRD 分析结果显示，未经处理的竹材有特定结晶峰，而热处理样本未出现如前人研究中相对结晶度和晶粒尺寸随温度升高而增加的现象，这表明表面处理形成的良好热屏障有效保护了竹材晶体结构，使其免受高温影响。

SEM 观察样本表面微观形态变化。室温下，未处理样本保留原始特征，桐油处理样本表面均匀，氧化锆粉末处理样本能看到颗粒均匀分布。随着温度升高，样本出现不同程度的热影响痕迹，如裂纹、表面起伏、缝隙等，且未经处理的样本在 300℃时完全烧毁。而氧化锆和桐油处理的样本在一定程度上减轻了热损伤，证明氧化锆粉末具有隔热潜力。

TGA 用于评估样本热稳定性。结果表明，未经处理的样本在 100℃以上质量损失显著，而桐油处理的样本在 100℃时质量损失与室温样本接近，受温度影响较小。添加氧化锆粉末的样本中，0.6 g/ml 浓度的样本热稳定性最佳，随着氧化锆和桐油含量增加，残留质量上升，质量损失开始时间滞后，进一步证实处理能有效提升竹材热稳定性。

综合研究结果，桐油和氧化锆粉末表面处理对提升竹材耐热性效果显著。颜色测量直观展示了处理样本的热稳定性；FTIR 证实处理对化学成分的影响，阻止了多糖降解；XRD 表明处理有效保护晶体结构；SEM 呈现微观热损伤和粉末隔热作用；TGA 量化了质量损失，确认处理提升热稳定性。这一研究成果为竹材在建筑、家具等对耐热性有较高要求的领域拓展应用提供了理论依据和技术支持，有助于推动竹材成为更具价值的可持续材料，在绿色发展进程中发挥更大作用。