层层自组装法制备超疏水木材
利用层层自组装(LbL)法在木材表面已成功制备出聚电解质/无机纳米粒子多层膜，但对其功能性的研究还很少，因此本文以超疏水表面的制备原理为基础，通过LbL技术制备出外负载纳米TiO2、纳米SiO2和蒙脱土的超疏水木材，为木材超疏水功能化修饰的工业化应用提供有效途径。主要开展的研究如下: 1、利用LbL制备出阳离子聚合物吸附的木材，并利用Zeta电位测定仪和CNS元素分析仪对PDDA和PEI吸附的木材进行分析测定，探讨溶液的pH值和电解质的添加对阳离子聚合物吸附木材的影响，为接下来无机纳米粒子吸附木材并进一步制备超疏水木材的研究提供了理论依据。 2、根据响应面分析的方法优化了木材表面LbL处理的工艺，确定的最优工艺条件为: pH(PSS)为6，pH(TiO2)为6，pH(PDDA)为10.5，pH(SiO2)为4，不调节蒙脱土的pH值，n为5，并在此条件下进行验证试验，最终获得的木材表面的接触角分别为158°、153°和161°，与预测值相差较小，证明该模型是可行的。 3、通过Zeta电位测定、EDXA、XPS、FTIR、XRD和SEM表征，可以证实木材表面生长出了纳米TiO2、纳米SiO2和蒙脱土薄膜，后续修饰处理的1H，1H，2H，2H-全氟辛基三乙氧基硅烷(1H，1H，2H，2H-perfluorooctyltriethoxysilane，POTS)与纳米TiO2、纳米SiO2和蒙脱土通过化学键结合生长于木材表面。 4、通过接触角测试，显示当木材表面自组装5层后，制备的木材具有超疏水性能，WCA高达162°。实验中可通过改变自组装层数来调节纳米TiO2、纳米SiO2和蒙脱土的生成量，当保持其它实验参数不变，纳米TiO2、纳米SiO2和蒙脱土的生成量随着表面自组装层数增加而增加，WCA也随之变大。 5、通过TG分析表明未处理木材的木材剩余残留物约为9.9％，表面分别自组装1层纳米TiO2、纳米SiO2和蒙脱土的剩余残留物约为12.8％、21％和29％，经后续POTS修饰处理后的疏水木材的剩余残留物约为21.2％、25％和38％，最大热失重速率以及对应温度都表现出递减的趋向。结果表明疏水木材具有较好的热稳定性。 6、由Cassie方程和相关的超疏水界面研究，超疏水木材表面的形成机制可以归纳为LbL的纳米TiO2、纳米SiO2和蒙脱土薄膜在木材表面构建了微纳米级粗糙结构，并经后续低表面能物质POTS的修饰处理使得木材表面由亲水转变为超疏水。 7、尺寸稳定性分析得出疏水木材经过流失后的增重率随着自组装层数的增加而呈现递减的趋势，不同自组装层数的疏水木材均有良好的抗涨缩率，样品浸渍处理72h后和在室内放置处理35天后，其表面仍能具有疏水性。结果表明疏水木材具有良好的尺寸稳定性。
超疏水木材;表面处理;层层自组装;功能化修饰;力学性能;尺寸稳定性
东北林业大学
硕士
木材科学与技术
胡英成
2016
中文
TS652
80
2017-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）