木材-有機氣凝膠復合材研究.pdf

1、有機氣凝膠是由膠體粒子或高聚物分子相互聚結構成納米多孔網(wǎng)絡結構，并在孔隙中充滿氣態(tài)分散介質的一種高分散固態(tài)材料。由于其獨特的納米網(wǎng)絡結構，氣凝膠還具有最低的熱導率、折射指數(shù)、聲速和最低的電阻率，在保溫、隔音、環(huán)保、催化、吸附和高性能電容等方面具有廣闊的應用前景。木材是天然的多孔性生物材料，木材的空洞尺寸分布很廣，將木材與氣凝膠兩類多孔性材料的優(yōu)點相結合，利用氣凝膠結構中納米尺度的無機和有機微粒來制備木材—無機（有機）納米復合材料是木材功

2、能性改良的重要途徑之一。將有機氣凝膠均勻地嵌入木材的細胞空隙中（細胞壁空隙及細胞腔），探討氣凝膠與木材結合的途徑、方式和機理，可以有效地解決氣凝膠在實際應用方面存在的一些缺陷;同時也賦予木材新的功能，使木材功能性改良體現(xiàn)木材和納米材料的雙重優(yōu)點，具有十分誘人的應用前景。
　　利用溶膠—凝膠法結合真空加壓浸注法將有機氣凝膠導入木材，并采用響應面優(yōu)化了試驗工藝，將制備的有機凝膠-木材復合材利用超臨界流體干燥，使留駐在木材中的有機體保持

3、納米尺度的氣凝膠網(wǎng)絡結構，形成新型木材—有機納米氣凝膠復合材料并對有機氣凝膠及有機氣凝膠-木材復合材的制備工藝、微觀形貌、結晶特性、化學性能及物理力學性能進行了測試分析。論文主要研究結果如下:
　　(1)通過對RF凝膠的凝膠化溫度、催化劑用量和反應物濃度之間進行響應面優(yōu)化，可得到擬合度較高的用于RF凝膠凝膠化時間的預測模型:R1=23.22-0.58*A+0.18*B-0.64*C-2.35×10-3*A*B-1.80×10-4*

4、A*C+1.73×10-3*B*C+4.38×10-3*A2-6.07×10-5*B2+1.80×10-2*C2。合適的真空加壓浸注工藝為:壓力0.03MPa，前真空持續(xù)時間為30min，浸注壓力范圍為0.8MPa，保壓時間為1.5h，后真空度為0.09MPa，后真空時間為10min。經(jīng)SEM、XRD、FTIR、TG分析可知，RF氣凝膠-木材復合具有均勻的網(wǎng)狀填充結構，RF氣凝膠并沒有改變木材固有的結晶學特性，RF氣凝膠與木材不僅有化學

5、上的結合，還有物理填充，同時制備的新型復合材具有良好的尺寸穩(wěn)定性、優(yōu)良的力學性能和一定抗紫外老化能力。
　　(2)通過對MF凝膠的凝膠化溫度、催化劑用量和反應物濃度之間進行響應面優(yōu)化，可得到擬合度較高的用于RF凝膠凝膠化時間的預測模型::R1=45.60-29.75*X1+2.50*X2-13.75*C-2.00*A*B+5.50*A*C+1.50*B*C-0.30*A2+0.20*B2-4.30*C2,制備MF氣凝膠制的最佳試驗

6、工藝為反應物濃度為8％，pH為1.5和凝膠化溫度為95℃;制備的MF氣凝膠內部具有三維網(wǎng)絡結構，構成MF氣凝膠的有機顆粒大小均勻。采用真空加壓浸注法將MF溶膠填充于木材內部并經(jīng)超臨界干燥可得MF氣凝膠-木材復合材。SEM顯示MF氣凝膠在木材內部呈三維網(wǎng)絡結構，XRD分析結果表明MF氣凝膠的填充也對木材的結晶特性并無破壞。FT-IR分析表明MF氣凝膠和木材之間可通過化學實現(xiàn)有機結合，制備的復合材熱穩(wěn)定性有較大提高。對MF氣凝膠/木材復合材

7、的物理力學性能的檢測分析表明其具有良好的尺寸穩(wěn)定性、優(yōu)良的力學性能和熱穩(wěn)定性。
　　(3) RMF氣凝膠的合成最佳工藝是:M/R比為4，總濃度為10％，凝膠溫度為95℃。采用真空加壓浸注工藝制備的RMF氣凝膠-木材復合材的宏觀色澤、結晶態(tài)和化學態(tài)與素材楊木較為相似，并且可以較短時間完成凝膠化反應，有利于復合材的制備，由于RMF氣凝膠的網(wǎng)狀結構和低導熱系數(shù)，使RMF/木材復合材具有良好的絕熱性和隔聲性。
　　(4)將制備的Ti

8、O2、SiO2無機溶膠和MF有機溶膠僅采用物理混合可實現(xiàn)無機納米材料摻雜MF有機氣凝膠的制備。經(jīng)采用SEM、XRD、FTIR和TG表征分析表明，無機納米粒子也原位形成于MF氣凝膠內部。將在制備的混合溶膠采用真空加壓浸注法填充于木材內部可得無機摻雜MF有機氣凝膠-木材復合材料。經(jīng)過SEM、XRD、FTIR和TG表征分析，可知TiO2呈分散狀填充與木材內部，而SiO2通過網(wǎng)絡互穿而形成于木材內部。經(jīng)采用十八烷基三氯硅烷改性，即可制備具有超疏