氣相輔助遷移法構(gòu)建超疏水木材及其調(diào)控機理研究.pdf

1、木材作為一種可再生資源，具有強度高、韌性大、易加工等特點。然而在開放的環(huán)境尤其在交變濕熱的環(huán)境中時，木材易吸水吸潮導(dǎo)致開裂、霉變、腐朽、變色、降解等缺陷，降低了其使用壽命。受到大自然的啟發(fā)，通過在木材基底構(gòu)建超疏水表面，提高其疏水性，同時賦予其自清潔、熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)腐蝕等特性，可以達到延長其服務(wù)壽命的目的。目前，構(gòu)建超疏水表面的方法很多，但是存在工藝復(fù)雜，設(shè)備昂貴、成本較高、超疏水材的機械穩(wěn)定性差等問題。因此，該論文提出以商業(yè)化的納米

2、二氧化硅、乙烯基三乙氧基硅烷為原料，使用化學(xué)氣相沉積法修飾納米粒子并借助反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的氣壓為驅(qū)動力引發(fā)疏水粒子的遷移、排列，從而獲得微納米級二維的超疏水粗糙結(jié)構(gòu)。同時，氣壓驅(qū)動賦予木材足夠厚度的超疏水涂層，提高了木材的機械穩(wěn)定性。最終，通過簡便的氣相輔助遷移法獲得高強超疏水木材，主要結(jié)論如下:
　　(1)經(jīng)過二氧化硅納米粒子與乙烯基三乙氧基硅烷處理后，木材表面的水接觸角由初始的60°上升至154°，且具有接近0°的滾動角。采用電子

3、掃描電鏡、X射線衍射分析了木材表面處理后的微觀形貌、化學(xué)成分等。結(jié)果表明，乙烯基三乙氧基硅烷修飾后的納米二氧化硅粒徑為200 nm～300 nm，生長后的疏水二氧化硅粒子均勻地分散于木材表面及內(nèi)部表層，粒子的隨機排列賦予處理材類似荷葉的二維微納米級超疏水結(jié)構(gòu)。
　　(2)對木材表面超疏水涂層的構(gòu)建工藝進行了探究，結(jié)果表明氫氧化鈉的加入量及二氧化硅與乙烯基三乙氧基硅烷的摩爾比對構(gòu)建超疏水表面的影響最為顯著;當(dāng)沉積時間為1.5 h，沉

4、積溫度為100℃(徑切面為140℃)，單位面積取液量為1.5 ml/cm2，氫氧化鈉加入量為12 ml，SiO2與VTES摩爾比為1∶1時，可在木材橫截面與徑切面表面獲得最佳疏水性能;不同因素對木材橫切面、徑切面疏水性能的影響規(guī)律大致相同，但對兩切面宏觀形貌影響區(qū)別較大:徑切面超疏水涂層的透明度遠低于橫切面超疏水涂層的透明度。
　　(3)基于對顯著影響因素的探究，獲得超疏水表面構(gòu)建機理:二氧化硅為構(gòu)建超疏水結(jié)構(gòu)的骨架物質(zhì)，乙烯基三

5、乙氧基硅烷具有修飾疏水結(jié)構(gòu)降低其表面能的作用。同時，乙烯基三乙氧基硅烷的聚合產(chǎn)物接枝到納米二氧化硅表面，可有效避免粒子團聚、加大粒子間隙，進而促使二氧化硅粒子排列成具有微納米二維度的粗糙結(jié)構(gòu)，賦予處理材超疏水性能。因此，乙烯基三乙氧基硅烷具有導(dǎo)向二氧化硅粒子分散的作用。氫氧化鈉為乙烯基三乙氧基硅烷提供合適的水解、縮聚條件。此外，氫氧化鈉具有活化基材表面反應(yīng)基團的作用，從而使其接枝足量的二氧化硅用于疏水結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。
　　(4)對超疏

6、水木材的耐久性進行檢測，結(jié)果表明，超疏水木材可承受在12，000Pa的高壓下被砂紙磨損150 mm及在3000Pa的高壓下被砂紙磨損1050mm，同時，被刀片反復(fù)刮磨后仍保持其超疏水性能。超疏水木材可抵抗酸雨、堿雨腐蝕25 h，海水腐蝕15 h;超疏水木材的疏水性不受溫度的影響，可支撐0～100℃的水滴呈球形存在，此外，被沸水蒸煮3h后，表面仍有高于150°的接觸角;超疏水涂層可有效延遲木材的熱降解速率;超疏水木材可通過自身的自清潔性能