溶膠凝膠法制備超疏水木材及其結(jié)構(gòu)與性能表征.pdf

1、木材表面構(gòu)建超疏水涂層，可以有效抑制液態(tài)水對(duì)木材的侵入，從而避免木材因吸水而導(dǎo)致的尺寸不穩(wěn)定以及生物降解等問題。本研究基于“荷葉效應(yīng)”仿生原理，在木材本身固有的微米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，采用溶膠凝膠法利用無機(jī)納米粒子SiO2和低表面能物質(zhì)對(duì)木材表面的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成進(jìn)行調(diào)控，構(gòu)建微/納米多尺度粗糙結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行疏水化處理，從而得到超疏水木材。論文主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　1.采用經(jīng)典的St(o)ber法合成硅溶膠，并對(duì)木材進(jìn)行浸漬

2、涂膜處理，然后輔以十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)低表面能處理，制備超疏水木材;采用傅立葉變換紅外光譜儀(FTIR)、能量色散X射線分析系統(tǒng)(EDXA)和場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)分析木材表面化學(xué)組成和微觀形貌，并采用水接觸角評(píng)價(jià)木材表面疏水性能。結(jié)果表明，直徑約50 nm的球形SiO2納米粒子均勻沉積在木材細(xì)胞腔表面，HDTMS的疏水烷基長鏈成功接枝于木材表面，二者共同作用使木材由親水性轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷浴Ｄ静臋M切面具有超疏水特性

3、，接觸角達(dá)到150°，而縱切面接觸角只有141°，主要是因?yàn)楦街腟iO2納米粒子僅僅平鋪在木材細(xì)胞腔表面，沒有相互聚集形成足夠的粗糙結(jié)構(gòu)。
　　2.采用正硅酸乙酯(TEOS)作為前驅(qū)體、HDTMS作為改性劑，通過溶膠凝膠過程合成疏水性硅溶膠，然后對(duì)木材進(jìn)行浸漬涂膜處理得到超疏水木材;調(diào)節(jié)硅溶膠中HDTMS的含量，控制SiO2納米粒子的聚集程度;采用透射電子顯微鏡(TEM)和FTIR觀測(cè)納米粒子表面形貌和化學(xué)組成，采用FESEM觀

4、察木材表面微觀形貌，并采用水接觸角評(píng)價(jià)木材表面疏水性能。結(jié)果表明，HDTMS不僅作為疏水劑降低了木材的表面自由能，還作為粘結(jié)劑使納米粒子聚集形成更豐富的粗糙結(jié)構(gòu);當(dāng)HDTMS含量達(dá)到一定臨界值時(shí)，SiO2納米粒子聚集形成的納米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)與木材本身擁有的微米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)共同形成微/納米多級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)，二者共同作用賦予了木材超疏水特性。此外，木材表面的超疏水薄膜具有良好的抵抗酸堿侵蝕的能力以及吸水/吸濕耐久性。
　　3.以聚二甲基硅氧烷(

5、PDMS)-SiO2納米粒子復(fù)合乳液為成膜溶液，在非均質(zhì)木材表面制備了有機(jī)-無機(jī)復(fù)合超疏水薄膜;調(diào)節(jié)PDMS基質(zhì)中SiO2納米粒子的含量，控制復(fù)合薄膜的表面形貌和微觀結(jié)構(gòu)，從而調(diào)控處理材表面的粗糙度和潤濕性;通過TEM和FTIR觀察分析納米粒子微觀形貌和化學(xué)組成，采用FESEM和原子力顯微鏡(AFM)測(cè)試木材表面微觀形貌和粗糙度，并以靜態(tài)接觸角和動(dòng)態(tài)滾動(dòng)角評(píng)價(jià)木材表面疏水性能。結(jié)果表明，當(dāng)SiO2納米粒子與PDMS的質(zhì)量比為2∶1時(shí)，納