二氧化硅/硅油乳液制备及处理材性能与表征

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zkry123
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超疏水木材制备技术是在木材功能性改良领域兴起的一项木材保护新技术。经过超疏水改性剂和相关工艺处理,木材表面或内部的化学成分发生变化,从而降低了木材的吸水性,提高了尺寸稳定性和耐久性。针对目前超疏水木材制备技术中存在的如工艺复杂、功能局限于木材表面、原材料有毒、需要特殊的仪器设备等问题,本论文研制了一种适用于实体木材疏水改性的二氧化硅/硅油复合乳液,考察了处理材的表面疏水性、吸水吸湿性、动态热机械性能、耐热性、阻燃性等性能,并使用傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜-X射线能谱(SEM-EDXA)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、动态水蒸汽吸附分析仪(DVS)等多种分析手段对改性机理进行了分析。论文主要结论如下:  (1)以微米和纳米级二氧化硅及硅油为主要原科成功制备了二氧化硅/硅油复合乳液,平均粒径为280nm左右,稳定性优良。处理东北青杨(Populus cathayana Rehd.)木材时渗透性良好;  (2)当固含量为2.7%时,二氧化硅/硅油复合乳液处理材表面自由能最低,且表面自由能、接触角和滚动角数值与荷叶最为接近,达到超疏水表面的要求。该处理条件下,处理材表面构筑了具有微、纳米双级乳突粗糙结构的硅树脂薄膜。木材表面原有的粗糙度和硅树脂膜的粗糙度复合形成的粗糙表面,能很好地模拟荷叶乳突形成的粗糙表面,起到“荷叶效应”模拟仿生的效果。硅树脂薄膜和木材之间形成了Si-O-C的共价键连接,部分复合乳液的成分渗入到木材细胞壁中,同时达到木材内表面和细胞壁改性;  (3)当固含量为21.6%时,二氧化硅/硅油复合乳液处理材的吸水率最低、防水效率最好,固含量为54%时复合乳液处理材的吸湿性和体积湿胀率均最低,抗吸湿能力最强。而且,N2和动态水蒸气等温吸附和解吸过程的特性一致。随着处理浓度的增加,处理材中孔径为2-10nm和10-50nm孔隙数量增加,而孔径50nm以上的孔隙数量显著减少,总比表面积逐渐减小,处理材表面变得十分密实,分形维数减小,N2和水蒸气在木材表面的吸附位点显著减少,吸附和解吸过程中平衡时间延迟,处理材表面的硅树脂膜起到降低吸附性效果的作用;  (4)高浓度二氧化硅/硅油复合乳液对木材的处理没有显著提高其燃烧性能,处理材也没有明显的阻燃性和抑烟作用。处理材残余物质量、成炭量显著高于未处理材。
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