具体实施方式

在21世纪初，报道了通过用所谓的离子液体(IL)处理来使纤维素溶解和增塑的可能性(Swatloski等，2002；等，2007)。如上所述，IL为在通常低于100℃的温度下为液体的盐(Hanabusa等，2018)，这意味着其由离子而不是电中性分子组成。除了被认为是纤维素的“绿色溶剂”之外，IL还被报道对抗真菌和抗微生物活性以及对木材的耐火性和UV稳定性具有积极作用(Pernak等，2004；Foksowicz-Flaczyk和Walentowska，2012；Patachia等，2012；Miyafuji和Fujiwara，2013)。用于溶解纤维素的第一代IL通常由基于咪唑的阳离子通常与卤素阴离子例如氯离子或溴离子结合组成。Zhang等(2017)报道了依赖于阳离子和阴离子的协同作用以使纤维素链之间的氢键断裂的机理(图1)。例如1-乙基-3-甲基咪唑氯化物的小阴离子与纤维素羟基的氢原子相互作用，而较大的咪唑阳离子与空间位阻较小的氧原子键合。Ou等(2014)报道了IL处理使木材转变为热塑性材料，在负载下没有或只有非常小的弹性变形。这表明弹性回弹和固定-恢复可以大大减少，即IL充当强增塑剂。

基于咪唑的IL是高效的纤维素溶剂，但它们也是昂贵的(Hanabusa等，2018)。出于这个原因，许多研究人员开始专注于寻找更便宜的替代品，并且一些研究探索了由基于脒的阳离子或基于胍的阳离子与作为阴离子的羧酸(例如丙酸或乙酸)结合而制成的IL的可能性(King等，2011)。由于这些脒和胍的高碱性，它们也被称为有机超强碱(Ishikawa，2009)。这样的IL被称为酸碱共轭IL。Parviainen等(2013)和Hanabusa等(2018)报道，这种新一代IL比基于咪唑的IL相对更便宜且更容易回收，同时保持溶解纤维素的能力(等，2010；Dominguez de Maria，2014)。由于木材本身有点酸性，因此在本研究中测试了仅用脒或胍组分作为阳离子的预处理，以查看是否形成以木材的酸基团作为阴离子的原位IL。然后原位IL将使纤维素增塑。

本发明人假设，与用热和水分软化并且其后致密化的木材相比，IL预处理将提高经致密化的木材表面的硬度(图4)。预计原因有两个：首先，与用热和水分使木材软化相比，“强”增塑水平总体更高，从而导致更强烈的致密化；其次，对于未经处理的木材，经加热的压机压板将在接触时使最外部的木材表面迅速干燥，并降低该区域的软化水平。因此，致密化之后的密度峰值将略低于表面。然而，对于经IL处理的木材，不需要水分即可达到最大软化水平，并且这将使密度峰值移向木材表面的最外部区域。这种提出的效应源于先前研究中报道的布氏硬度测试的应变对时间曲线的分析(Neyses等，2017)。如从以下实验部分明显的是，在所进行的实验中证实了该假设。

因此，以下实验部分中公开的研究的目的是评估IL和有机超强碱预处理对经表面致密化的木材的弹性回弹、固定-恢复和布氏硬度的影响。测试了化学化合物、溶液浓度和致密化温度的各种组合。由于深共融溶剂(DES)也可以被归类为离子液体，如以上定义部分所公开的，因此DES也包括在本公开的范围内。根据本公开的方法是使具有至少一个表面的亲水性聚合物生物材料增塑和致密化的连续、半连续或静态方法。所述方法包括以下步骤：

a)提供亲水性聚合物生物材料；

b)通过施加热以提高亲水性聚合物生物材料的温度而使待压缩的亲水性聚合物生物材料的表面软化；

c)通过在升高的温度下向步骤b)中获得的所述木材的经软化的表面上施加升高的压力持续预定时间段来压缩亲水性聚合物生物材料；

d)降低施加至亲水性聚合物生物材料的温度；

e)降低施加至亲水性聚合物生物材料的压力；

其中在步骤b之前向待致密化的亲水性聚合物生物材料的所述表面添加增塑液体，使得所述液体在步骤b期间渗透所述表面，以及其中增塑液体为基于非咪唑的离子液体(IL)、有机超强碱或深共融溶剂(DES)。

亲水性聚合物生物材料的软化可以在至少一个表面上进行预定量的时间，使得旨在被压缩从而被致密化的第一外部部分将被软化至表面下方的预定深度，同时第一外部部分下方的芯可以不被软化，从而在随后的压缩步骤期间不被致密化。当所述材料具有多于一个表面时，还可以使材料的仅一个表面即第一外部部分软化，而不使随后的例如第二、第三、第四等外部部分软化。从而，通过本文的方法使数个表面中仅一个表面软化并由此致密化。也可以贯穿整个材料使材料软化，使得材料的所有部分(第一外部部分和任选的随后外部部分二者)以及芯被软化，由此，压缩导致整个材料贯穿其整个深度被压缩和致密化。后一种方法将产生比首先提及的方法更密实的材料。技术人员能够确定在步骤b)中特定材料需要被加热以使所述材料软化的时间量，以及为了在步骤c)中使经软化的材料被压缩和致密化所需的压力和温度。

通过使用IL、有机超强碱或DES作为增塑液体，不消耗增塑液体。由于增塑液体可以在材料的压缩期间或之后收集并在随后的批次中再利用，因此可以将其回收。一旦亲水性聚合物材料通过增塑液体和热的组合而被软化，则将使纤维素链之间的氢键断裂，并且保持如此，直到使材料致密化，并且可以在挤压能量的帮助下形成新的键。由于这个原因，没有必要使增塑液体保持在亲水性聚合物生物材料中以实现期望的固定-恢复减少。该理论通过(Khakalo等，2019)支持。因此，可以在压缩期间或之后从材料中排出增塑液体并且可以再利用。可能可以在本公开的方法期间回收至少80％、或至少85％、或至少90％的增塑液体。因此，其后可以在加工后续批次的亲水性聚合物生物材料时再利用该增塑液体。因此，本公开的方法具有成本效益。与使用胶或树脂等来减少材料的回弹和固定-恢复(每次执行先前的方法时，都必须以新的批次提供)相比，由于需要更少的用于提供新的增塑液体的资源，因此可以再利用增塑液体也是环境优势。通过执行本公开的方法，不消耗或消耗低程度的IL、DES或有机超强碱，而在常规方法中消耗树脂或胶或其他硬化剂。

此外，根据现有技术的方法使用例如胶、树脂、麦芽糖糊精或另外的硬化剂，其在亲水性聚合物生物材料内硬化并因此保留在其中。因此，在现有技术中，使材料保持压缩以及使材料保持致密化的是胶、树脂、麦芽糖糊精或其他硬化剂。相比之下，通过使用本公开的方法，所得经压缩的亲水性聚合物生物材料中将基本上不存在增塑液体，并且经处理的亲水性聚合物生物材料的硬化仅由于压缩过程而不是由于其中的硬化物质。如上所述，一旦纤维素链之间的氢键断裂，就不再使用增塑液体，因此可以从材料中排出。在升高的压力和升高的温度期间的压缩足以压缩具有断裂的氢键的材料并使其致密化。不受其束缚，一种理论是：在压缩步骤期间将在压缩状态的材料内以新的排列重新形成氢键，使得即使在移除提高的压力和温度时压缩形式也将保持为压缩的。

使用根据本公开的方法的又一个优点是在经致密化的产品的使用寿命期间没有浸出的风险，因为增塑液体在所述方法完成之后原则上将不会保留在材料内。因此，材料内不存在有从材料中浸出的风险的硬化剂。

因此，本公开还提供了已经通过本公开的方法致密化的经致密化的亲水性聚合物生物材料。所述经致密化的亲水性聚合物生物材料不包含任何树脂、胶或其他硬化剂例如麦芽糖糊精。所述经致密化的亲水性聚合物生物材料基本上不包含硬化剂。因此，在完成本公开的方法之后获得基本上不包含增塑液体的经致密化的亲水性聚合物生物材料。

通过使用本公开的方法，当使亲水性聚合物生物材料进入工艺中时，不必考虑亲水性聚合物生物材料的纤维方向。因此，当将亲水性聚合物生物材料进给到例如用于执行本公开的方法的自动化系统中时，控制亲水性聚合物生物材料中的纤维的方向不是必需的。因此，容易扩大该方法的工艺，并进行该方法的连续或半连续工艺以及该方法的静态工艺。亲水性聚合物生物材料的软化传统上通过向亲水性聚合物生物材料的表面施加水蒸气或热持续足以使表面软化至预定深度的时间来进行。软化还可以通过直接加热、热板加热、蒸汽加热、水中煮沸或介电加热来进行。用于使亲水性聚合物生物材料软化的常规步骤对技术人员是公知的。根据本公开，优选通过直接加热、热板加热或介电加热进行软化。这是由于基于水蒸气的软化可能降低本工艺中的增塑液体的效率。

通过用本文提及的任何增塑液体使亲水性聚合物生物材料增塑，获得了将允许用户限定待致密化的亲水性聚合物生物材料的体积的方法。例如，可以将亲水性聚合物生物材料浸泡在增塑液体中。通过控制材料在增塑液体中的浸泡时间，根据时间量，可以控制和限定液体渗透到材料中，并因此可以控制和限定经增塑的材料的深度。此外，可以根据施加至材料的升高的温度和/或施加升高的温度的时间量来控制热，以便控制和限定待通过本方法致密化的体积。当需要表面致密化例如锯材的一部分的致密化时，这是特别的优势。此外，似乎使用本文提及的增塑液体来使亲水性聚合物生物材料增塑强于现有技术。在使亲水性聚合物生物材料增塑和致密化的过程中，除非使整个材料增塑，否则在已经增塑的亲水性聚合物生物材料与未经增塑的亲水性聚合物生物材料之间总是存在过渡区。与使用根据现有技术的方法相比，通过使用根据本公开的方法，可以使该过渡区最小化。由于过渡区本身不是完全致密化的区，所以更小或更窄的过渡区是有利的，并因此易于提高固定-恢复水平。

可以将亲水性聚合物生物材料的表面在多个位置处刺穿以在所述表面上提供多个穿刺点，以促进材料的软化以及增塑液体渗透到所述表面中至材料的预定深度。穿刺点包括深度为1mm至5mm，优选地2mm至4mm，甚至更优选地3mm至4mm的孔，所述孔的直径为约0.51mm至1.0mm，优选地0.8mm至0.5mm，并且更优选地0.1mm至0.2mm。因此，如上所述，所述穿刺点可以实现增塑液体仅渗透亲水性聚合物生物材料的第一外部部分或者贯穿整块亲水性聚合物生物材料(包括亲水性聚合物生物材料第一外部部分和芯二者)。

通过使用根据本公开的方法，本发明人已经看到经压缩的木材的固定-恢复显著减少。如以下实验部分所示，根据本公开的方法处理的木材试样与通过相同步骤但没有呈离子液体或有机超强碱形式的增塑液体处理的木材试样相比表现出显著减少的固定-恢复。令人感兴趣的是，本发明人可以证明，更经济实惠的酸碱共轭IL实现了至少与第一代基于咪唑的IL一样多的固定-恢复减少。事实上，以下实验部分中提出的所有IL和有机超强碱都具有比不包括在本发明中的早期研究中测试的IL强得多的效果(Neyses等，2017)。

用聚合树脂处理然后根据现有技术致密化的亲水性聚合物生物材料可以表现出固定-恢复显著减少(Gabrielli等，2010)和超过未进行这样的处理的经致密化的木材的硬度的增加(Pfriem等，2011)。硬度的增加可以几乎与通过根据本公开的方法(具有33.9％重量百分比增加的糠醇浸渍)所实现的一样高。然而，诸如Gabrielli等(2010)和Pfriem等(2011)报道的方法的方法消耗大量的时间和材料资源。树脂处理需要封闭系统即高压釜/压力容器，并且花费数小时。此外，由于需要封闭系统，该过程不能以连续方式进行。如以上先前提及的，树脂保留在经致密化的材料中并且无法回收。

通过使用根据本公开的方法，本发明人进一步观察到回弹减少。用根据现有技术的方法处理的木材可以具有约10％至20％的弹性回弹。已经根据本发明处理的亲水性聚合物生物材料显示出约0％至5％或0±3％的弹性回弹，这意味着回弹小于测量步骤的不确定性。

用本公开的方法处理的亲水性聚合物生物材料的硬度显著增加。如以下实验部分中所示，根据本发明的方法处理的木材试样与通过相同步骤但没有呈离子液体或有机超强碱形式的增塑液体处理的木材试样相比显示出布氏硬度的显著增加。

本公开的方法的另一个优点是可以降低该方法的压缩步骤即步骤c)中使用的温度。通过使用本方法，压缩期间施加的温度可以低于现有技术，例如80℃至270℃或100℃至270℃，优选地低于250℃，更优选地低于200℃，并且温度甚至可以低于150℃或低于100℃。

如以上“定义”中所述，亲水性聚合物生物材料可以为木材、基于木材的材料和其他木质纤维素材料。亲水性聚合物生物材料可以为锯材、原木、厚板、薄板、木皮、刨花和/或木屑的形式。优选地，亲水性聚合物生物材料为低密度木种。然而，也可以使高密度种类经受本方法以甚至进一步提高其硬度和/或密度。

可以通过本方法致密化的低密度木种可以选自任何所谓的软木或硬木。低密度木种优选地选自在处理之前干密度低于600kg/m³的种类。低密度木种还可以选自：软木，例如松柏门(Pinophyta)如松科(Pinaceae)、南洋杉科(Araucariaceae)、罗汉松科(Podocarpaceae)、金松科(Sciadopityaceae)、柏科(Cupressaceae)、三尖杉科(Cephalotaxaceae)和红豆杉科(Taxaceae)；或硬木，例如椴树属(Tilia)、桤木属(Alnus)和杨属(Populus)。然而，任何低密度木种都可以根据本方法处理，旨在使所述低密度木种致密化和硬化。亲水性聚合物生物材料可以为锯材、原木、厚板、薄板、木皮、刨花和/或木屑的形式。

因此，本发明人提供了一种这样的方法：与用现有技术的方法处理或没有任何预处理的亲水性聚合物生物材料相比，该方法将提高亲水性聚合物生物材料的硬度以及减少弹性回弹和固定-恢复。

实验部分

材料和方法

试样制备

研究是在尺寸为124mm(L)×25mm(T)×18.5mm(R)的苏格兰松(欧洲赤松，Pinussylvestris L.)的无结边材试样上进行。年轮取向在平行于待致密化的切向木材表面的±15°内。将试样保持在20℃的温度和65％相对湿度(RH)的气候室中，直到它们达到平衡含水量(equilibrium moisture content，EMC)。将试样根据其密度分组为七类，并且丢弃属于最高或最低密度类别的试样。然后选择试样使得各试样组(表1)具有相同数量的各密度类别的试样。

化学品的准备

将样品用经乙醇稀释至不同浓度的第一代IL、基于非咪唑的离子液体(IL)(由基于脒的阳离子或基于胍的阳离子(有机超强碱)与羧酸结合而制成的酸碱共轭离子液体)、或有机超强碱处理(表1)。IL 1-丁基-3-甲基咪唑氯化物(Bmim[Cl])以及有机超强碱1,5-二氮杂双环(4.3.0)壬-5-烯(DBN)、1,8-二氮杂双环(5.4.0)十一碳-7-烯(DBU)和1,1,3,3-四甲基-胍(TMG)购自Acros Organics。另一种IL通过将DBN与丙酸以等摩尔比混合得到DBN丙酸盐(DBN[EtCO2H])而制成。

化学预处理

在预处理之前，将所有待化学处理的试样组在103℃下烘箱干燥至MC为0％。首先用移液器将化学溶液施加至待致密化的切向树皮侧取向的木材表面上。为了保持溶液量一致，使一支移液器填充物的含量分布在两个试样的表面上。在一分钟内，溶液完全被木材吸收。对于每个试样，将该步骤再重复三次。为了促进化学品渗透到木材中，将表面刺穿有具有约0.8mm的直径的3mm至4mm深孔。仅组250NDBU(表1)没有孔。在预处理之后，将试样置于温度为60℃的烘箱中14小时以使乙醇蒸发。省略该步骤会由于蒸汽压力太高而导致木材在致密化阶段期间的破坏。

致密化过程

在经加热并配备有水冷却系统的具有一个压板的压机中使试样在径向方向上致密化。使两个或三个试样同时致密化。在该过程的前10秒，施加足以保持木材表面与经加热的压机压板之间的适当接触的低压力。然后将压力提高到只有在木材组织被充分软化时才会导致致密化的水平。根据参数和处理，在90秒至240秒的时间之后实现14.98mm的目标厚度(由压机中的金属挡块设定)(表1)。不管达到目标压缩所花费的时间，都将试样在设定温度下保持总计240秒，之后，启动冷却系统。当压机压板温度达到60℃时打开压机，然后测量回弹(见下文“弹性回弹”)，之后，将试样保持在60℃的烘箱中直到进行固定-恢复测量(见下文“固定-恢复”)。

试样分组

表1列出了具有其各自处理和致密化参数的试样组。组C150是用与表面致密化步骤中常用的参数相似的参数进行致密化的参照组。组R270至组R200的目的是研究热改性对回弹和固定-恢复的影响，并将其与化学预处理的影响分开。在用与组C150相同的参数进行致密化之后，将这四个组放回压机中在270℃至200℃的温度(对应于经化学处理的试样的致密化温度)下持续240秒。

表1测试组：CE-乙醇中的浓度；T-压机压板温度；P-致密化压力；t1-达到目标厚度的时间；t2-冷却前在压机中的总时间

弹性回弹

弹性回弹(SB)由用测量分辨率为0.01mm并且精度为±0.03mm(取决于制造商)的数显卡尺进行的测量来确定。SB定义为：

其中B₀为试样在致密化之前在致密化方向的原始尺寸，B_c为试样在致密化之后的目标尺寸(在该情况下为14.98mm)，以及B'_c为试样在致密化之后的实际尺寸。因此，回弹可以在0％至100％之间变化，其中0％表示不回弹，100％表示完全回弹。

固定-恢复

对从经致密化的试样上切割的尺寸为20mm(L)×25mm(T)×约15mm(R)的试样进行固定-恢复测量。在固定-恢复步骤之前，将样品保持在60℃的烘箱中以防止再潮湿。在一个或两个在室温下在水中浸泡至少14小时然后在60℃下烘箱干燥24小时的循环之后，用数显卡尺测量试样。固定-恢复(SR)定义为：

其中R₀为试样在致密化之前在致密化方向的烘箱干燥尺寸，R_c为试样在致密化之后的尺寸，以及R'_c为经致密化的试样在湿-干循环之后的尺寸。固定-恢复可以在0％至100％之间变化，其中0％表示没有固定-恢复，即压缩永久变形(compression-set)被完全固定，100％表示完全恢复。在第一次湿-干循环之后，试样表现出经致密化的表面的杯突，并且出于这个原因，对于R'_c，使用每个试样的表面上的最大尺寸和最小尺寸的平均值。

通过这种计算固定-恢复的方法，对于在14.8％或5.0％的MC下经致密化的试样，初始未经压缩的烘箱干燥尺寸是未知的。在这种情况下，假设试样的烘箱干燥尺寸等于在0％的MC下经致密化的所有试样的平均尺寸。由于这些试样的尺寸的标准偏差仅为0.07mm，因此该假设似乎足够准确。

布氏硬度

布氏硬度(HB)测量值根据标准EN 1534(但有一些修改(CEN 2010))来测量。使用配备有2.5kN负荷传感器和直径(D)为10mm的钢球的Zwick Roell ZwickiLine 2.5TS万能试验机。使力以4kN/分钟的速率增加至1kN的标称力(F)，将其在释放之前保持25秒。

根据标准，布氏硬度是由试样中的压痕的直径来计算，但是布氏硬度是由压痕的深度来计算。对测试程序进行这种修改的原因是难以测量木材中的压痕的直径。与钢或其他金属相比，木材由于其特性的各向异性而不会留下具有清晰圆形边界的压痕。然而，压痕的深度(h)可以用具有高准确度和精密度的硬度测试设备来测量。该研究中的HB值仅用于测试组之间的比较。Niemz和Stübi(2000)以及Laine等(2013a)之前实施了类似的方法。因此，布氏硬度(HB)在此定义为：

对每个试样组进行总共30次硬度测量，15次是对经致密化的表面，15次是对相反的未经致密化的表面作为对照测量。每组30次测量分布在五个试样上，其中每个试样有六次测量。

处理对木材颜色的影响

通过目视检查以定性方式评估由处理引起的颜色变化和由致密化过程引起的颜色变化(数据未示出)。存在一些变色，但一般而言，用本方法处理的木材仅表面变色至小于0.1mm的深度。这样的表面变色易于在使用木材之前被刨平或打磨掉，并且不会对通过本方法获得的经致密化的木材的可用性具有负面影响。

数据分析

将所有收集的数据在Microsoft Excel中进行处理，之后，使用瑞典Umetrics提供的软件包SIMCA进行主成分分析(principal component analysis，PCA)筛选。在PCA(一种多变量数据分析方法)的帮助下，可以在用单变量数据分析方法难以检测的大数据集中找到相关性。

结果和讨论

该研究测试了用离子液体(IL)或有机超强碱进行预处理对经表面致密化的苏格兰松的弹性回弹、固定-恢复和布氏硬度的影响。

弹性回弹

据报道，未经处理的表面致密化的苏格兰松的回弹在致密化阶段之后没有冷却阶段的情况下为约50％(Neyses等，2017)。在有冷却阶段的情况下，回弹可以减少至10％至15％(Laine等，2013b；Neyses等，2017)，并且这在本研究中通过组C150(其平均回弹为11％)得到证实。对于所有其他组，在测量准确度内，试样在致密化方向的尺寸与目标压缩相同，因此回弹可以考虑忽略不计。

Laine等(2013c)提出，当在苏格兰松的表面致密化中使用冷却阶段时回弹的减少是致密化期间高温的结果。然而，我们提出，低回弹程度是通过IL或超强碱改性的木材的极有效的增塑与在致密化过程期间经改性的木材下方未经改性的木材体积的非常低的变形结合的结果。

固定-恢复

图2示出了未经处理的试样组在两次湿-干循环之后的平均固定-恢复。对于用增塑液体处理的所有组，第一次湿-干循环与第二次湿-干循环之间固定-恢复没有显著差异，即固定-恢复在第一次湿-干循环之后不增加，这意味着增塑液体充当强增塑剂，经致密化的木材随时间保持稳定。对于未经处理的对照组，第一次湿-干循环与第二次湿-干循环之间略有增加。对照组(C150)的固定-恢复为90％，并且随着致密化温度增加，组R270的固定-恢复可能略减少至68％。用增塑液体处理的所有组都表现出固定-恢复的强烈减少，并且在最高致密化温度下，其仅为10％，几乎完全消除。

固定-恢复的减少可以归因于压机压板温度和化学处理二者，但R200组至R270组的固定-恢复与在相应温度下用增塑液体处理的木材的固定-恢复相比表明：热的影响即热降解远小于化学处理/增塑液体的影响。在所有测试的增塑液体的情况下，都可以将固定-恢复减少至小于20％。奇怪的是，在许多方面有利的基于非咪唑的离子液体(IL)和有机超强碱与第一代IL 1-丁基-3-甲基咪唑氯化物一样有效。

对于DBU处理，压机压板温度的增加或化学品浓度的增加减少固定-恢复。在致密化之前试样的MC增加(250WDBU)或表面中不存在刺穿的孔以提高化学品的渗透(250NDBU)增加固定-恢复。在试样的截面中不可能看到对年轮取向变化的固定-恢复的任何影响。

图3示出了平均固定-恢复与致密化温度之间的关系。浅色曲线(正方形)对应于没有化学处理的试样(C150组和R200组至R270组)，深色曲线对应于270DBU组至200DBU组。固定-恢复的减少随着温度的增加而增加，并且在用DBU处理的试样的情况下，这种关系似乎几乎是线性的。

250DBU组、250HDBU组和250LDBU组(其中DBU在乙醇中的浓度分别为20％、30％和10％)的比较表明：浓度的增加导致固定-恢复减少，但需要进一步研究来确定这种关系的确切性质。

组250WDBU(MC＝5％)的固定-恢复表明水分对用DBU预处理的效力不利，如基于已发表的关于在IL中溶解纤维素的研究所预期的那样(等，2010)。Zavrel等(2009)报道：水分子在IL分子周围形成流体动力学壳，并且这抑制了IL与纤维素之间的直接相互作用。尽管如此，固定-恢复的减少也是显著的，从81％减少至仅37％。

几乎所有组的试样的表面都刺穿有小孔以促进化学溶液渗透到木材中。出乎意料地，没有孔的组250NDBU的固定-恢复仅略高于除此之外以相同的方式处理和致密化的组250DBU的固定-恢复。根据经表面致密化的木材的可能应用及其要求，可能因此不需要对表面进行刺穿。

布氏硬度

图4示出了未经致密化的试样表面和经致密化的试样表面的布氏硬度。未经致密化的表面的平均布氏硬度没有显著差异。致密化过程导致经致密化的表面的硬度增加。没有进行化学处理的致密化(组C150和组R270至组R200)导致硬度从13.4N/mm²到26.2N/mm²的两倍增加，并且组之间没有差异。这种硬度的增加与之前研究的结果一致(Gong等，2010；Laine等，2013a；Neyses等，2017)。经化学处理的试样示出在致密化之后HB增加至2.7倍，即从12.9N/mm²至34.4N/mm²，这比未经处理和致密化的试样的HB显著提高。用增塑液体处理的不同组之间的HB没有显著差异再次表明更经济实惠、更容易回收且更环境友好的基于非咪唑的离子液体(IL)和超强碱与第一代IL功能至少一样好。

似乎经化学处理的试样的HB较高的原因是比未经处理的试样更彻底且更有针对性的增塑。图5a示出：对于经化学处理的试样，致密化水平最高的区域位于试样的最表面，并且在这方面，示出的试样代表所有经化学处理的试样。在表面正下方似乎存在厚度为约1.2mm且密度提高三倍的层。然后密度朝着试样的芯逐渐降低。在示出了未经处理和致密化的试样的图5b中，似乎这些试样的密度峰值并不位于最表面，而是稍微在表面以下。这可能是因为经加热的压机压板使试样表面干燥，因此抑制了该区域的增塑。对于经化学处理的试样，这种现象无关紧要，因为它们的增塑不依赖于水分。支持我们假设的另一个观察结果是经致密化的区域中侧表面的凸出(buling)(图5)：经化学处理的试样在最表面凸出，而未经处理的试样在表面以下略微凸出。

由于布氏硬度法是基于体积的测量，因此它似乎不能代表试样的感知表面硬度。理论上，观察到的密度增加三倍应导致硬度增加三倍，但通过计算出的HB值并未证实这一点。也许另一种类型的硬度或耐刮擦性测量方法将至少对于经致密化的木材的计划用途提供更有意义的结果。出于这个原因，我们认为可能值得研究不同硬度和耐刮擦性测量方法与以不同方式处理的经表面致密化的木材之间的关系。这对于经表面致密化的木材产品的可能应用尤其重要。

结论

离子液体(IL)1-丁基-3-甲基咪唑氯化物和1,5-二氮杂双环(4.3.0)壬-5-烯丙酸盐以及有机超强碱1,5-二氮杂双环(4.3.0)壬-5-烯、1,8-二氮杂双环(5.4.0)十一碳-7-烯和1,1,3,3-四甲基胍已经被证明是强增塑剂，其可以减少或甚至消除经表面致密化的木材的变形的弹性和固定-恢复组分。弹性回弹被消除，并且在水中两次湿/干循环之后的固定-恢复减少到低至10％的值(100％意指变形完全恢复)。超强碱和基于非咪唑的离子液体(IL)例如由基于脒的阳离子或基于胍的阳离子与羧酸结合而制成的酸碱共轭IL具有或多或少与第一代IL相同的效果，这是令人鼓舞的结果，因为这些物质在工业实施方面可论证地更具吸引力。

以上所讨论的使用由基于脒的阳离子或基于胍的阳离子与羧酸结合而制成的基于非咪唑的IL的结果将非常可能在使用其他基于非咪唑的IL时也适用。已经证明了与基于咪唑的IL相似的溶解纤维素的能力的这样的基于非咪唑的IL的实例为基于羧酸盐的IL(Kasprzak等，2019)；季铵IL(Diez等，2019)，从环境角度来看其是有利的，因为它们源自草、软木或硬木木质素；可生物降解的基于二甲基吡啶的IL(Samikannu等，2018)；或者基于铵的IL和基于吡啶的IL(Rieland和Love，2020)。通常，这些基于非咪唑的IL的纤维素溶解能力与其与纤维素链的羟基形成氢键的能力相关。建议阴离子开始反应，使生物材料溶胀并且也使通常体积较大的阳离子形成氢键，从而形成“溶剂化笼(solvationcage)”，在纤维素链之间产生排斥(Rieland和Love，2020)。

化学处理导致布氏硬度(HB)比未经处理和致密化的试样的布氏硬度高1.3倍，以及相对于未经致密化的表面的布氏硬度高2.7倍。这意味着经化学处理的苏格兰松的HB接近与橡木(一种广泛用于高品质木地板的木种)的HB相似的水平。

这里描述的过程可以被看作是开发连续开放系统表面致密化过程的先驱。封闭系统不是必需的，并且化学处理和致密化二者都有可能以连续的方式进行。然而，需要进一步研究来优化处理。

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