木材表面层积组装有机/无机纳米膜层的制备及性能研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:hanosn
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本研究以杨木为研究对象,采用层层自组装技术,以静电吸附为成膜的推动力,在木材表面组装有机/无机纳米功能膜层。借助聚乙烯亚胺(PEI)和聚苯乙烯磺酸钠(PSS),将ZrO2、TiO2、Al2O3和ZnO等无机纳米粒子成功地负载在木材表面上,形成PEI/PSS/(PEI/ZrO2n和PEI/(PSS/TiO2n等膜层。然后利用1H,1H,2H,2H–全氟癸基三甲氧基硅烷(FAS)对组装后的木材进行修饰,在木材表面形成PEI/PSS/(PEI/Zr O2n/FAS和PEI/(PSS/TiO2n/FAS功能膜层。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、接触角测试仪(OCA)、紫外/水喷淋加速老化仪、紫外–可见分光光度计(UV–vis)和热重分析仪(TG)等表征与测试方法,研究了木材表面组装的膜层的微观形貌、元素组成与分布、晶型结构等方面,并分析了处理前后木材试样的润湿性能、耐老化变色性能、以及热稳定性能,得到以下结果。(1)经层层组装处理后,木材表面覆盖了薄的基底膜,木材表面吸附的无机纳米粒子随着组装层数的增加而增多,膜层也越加厚实,能够完全地覆盖住木材表面,膜层均匀平整。(2)通过使用FAS对木材表面组装的PEI/PSS/(PEI/ZrO2n膜层和PEI/(PSS/TiO2n膜层进行修饰处理,结果发现木材表面的膜层由亲水性转变为疏水性,组装不同层数的木材试样的初始接触角均在140°以上,并且在60 s内随时间的变化很小,疏水效果比较稳定。(3)紫外/水喷淋加速老化试验结果发现,随着组装层数的增加,木材颜色变化逐渐减小。组装的膜层经过疏水处理后能够进一步减小木材的颜色变化。与未处理材相比,组装PEI/PSS/(PEI/ZrO220/FAS膜层木材的ΔE*变化约降低了67.8%,组装PEI/(PSS/TiO220/FAS膜层木材试样的ΔE*变化约降低了56.0%。因此,在木材表面组装有机/无机复合膜层可以减小木材颜色的变化,进而提高了木材的耐老化性能。(4)与未处理材相比,处理后木材的初始降解温度差别不大,最大热分解温度略微降低。因此,通过在木材表面组装有机/无机纳米膜层的方法并不能改善木材的热稳定性能。综上所述,采用层层自组装技术,在木材表面成功地制备出均匀的有机/无机纳米复合功能膜层,具有良好的抗润湿性和耐老化性能。
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