【摘要】：石蠟可有效提高木材的疏水性和尺寸穩(wěn)定性,并可以在一定程度上提高木材的耐光老化性和耐腐性。木材經(jīng)過無機(jī)納米顆粒(例如,二氧化硅和蒙脫土)改性處理可以顯著提高處理材的物理力學(xué)性能、表面硬度及耐腐性。本研究將石蠟與無機(jī)納米顆粒以Pickering乳液的形式結(jié)合。即以無機(jī)納米顆粒為固體顆粒穩(wěn)定劑制備了穩(wěn)定、低粒徑的石蠟基Pickering乳液,并應(yīng)用于木材的功能性改良。通過FTIR、SEM-EDX、TEM、TG和LSCM等分析手段研究了三種石蠟基Pickering乳液以及SiO2膠體體系對處理材的主要性能(熱穩(wěn)定性、疏水性、表面硬度及抗壓強(qiáng)度等)的影響和作用機(jī)理。對比了不同體系乳液處理材性能之間的差異性,著重討論了不同體系乳液中固體穩(wěn)定劑添加量對乳液性能和處理材性能的影響。從而,闡明了石蠟和無機(jī)納米顆粒對處理材相關(guān)性能的協(xié)同改良機(jī)制。并結(jié)合膠體體系改性劑及其處理材性能的研究提出了以后的研究方向。同時(shí),利用動(dòng)態(tài)水分吸附(DVS)方法研究了不同程度有機(jī)表面改性SiO2的疏水性,發(fā)現(xiàn)了明顯的吸濕滯后現(xiàn)象。結(jié)合N2吸附方法研究了不同程度有機(jī)表面改性對SiO2團(tuán)聚行為的影響,并結(jié)合團(tuán)聚體形成的孔隙結(jié)構(gòu)特征和不同程度疏水特性對SiO2的吸濕滯后現(xiàn)象做了解釋。主要得到以下結(jié)論:(1)以親水性納米SiO2為固體穩(wěn)定劑,少量Span80和Tween80為助乳化劑制備了穩(wěn)定的O/W型石蠟基Pickering乳液并處理木材。乳液粒徑隨著固體顆粒濃度的增加而逐漸降低,在1%時(shí)粒徑最小(188nm)且隨時(shí)間變化穩(wěn)定。Pickering乳液中的石蠟成分對處理材的熱穩(wěn)定性有負(fù)面影響,但在納米SiO2添加量高于1%時(shí),對該負(fù)面影響有一定的補(bǔ)償作用。納米SiO2與木材組分之間存在相互作用,從而約束了組分中聚合物的分子運(yùn)動(dòng)并提高了材料剛度。(2)采用溶膠-凝膠技術(shù)制備了 SiO2/MMT雜化顆粒(SMC),并以SMC為固體穩(wěn)定劑制備石蠟基Pickering乳液,用于處理木材。過量TEOS可引起水解的Si-OH濃度增加,影響溶膠對MMT的插層和剝離效果。隨著SMC濃度增加,乳液粒徑呈增大趨勢。相比于SiO2為固體穩(wěn)定劑乳液處理材,SMC為固體穩(wěn)定劑乳液處理材WPG(15%)降低。在SMC添加量為1%時(shí),處理材細(xì)胞腔中觀察到了微納米凸起結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)有助于提高處理材的疏水性。相比于SiO2為固體穩(wěn)定劑Pickering乳液,SMC為固體穩(wěn)定劑的Pickering乳液處理材熱穩(wěn)定性更佳,但抗壓強(qiáng)度降低。(3)利用不同濃度的MPTS對Si02的表面進(jìn)行可控疏水改性,分析了 MPTS改性Si02的孔隙結(jié)構(gòu)和水分吸附特性。結(jié)果表明,增加MPTS濃度并不能持續(xù)線性降低Si02表面羥基含量。當(dāng)MPTS添加量高于4%,MPTS的自縮聚行為相對較為顯著。不同MPTS濃度改性Si02可對因團(tuán)聚行為而造成的孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度“填充”效果。當(dāng)MPTS添加量8%時(shí),SiO2的比表面積從271.8 m2.g-1降低至90.8 m2.g-1,說明Si02因團(tuán)聚引起的孔隙被有效填充(團(tuán)聚程度降低)。不同濃度MPTS改性Si02的吸濕滯后程度不同,H-H模型可以對MPTS改性Si02的水分吸附行為進(jìn)行有效分析,得到了單層吸附水和多層吸附水的含量及變化趨勢。(4)利用MPTS改性SMC為固體穩(wěn)定劑制備石蠟基Pickering乳液,并提出無機(jī)納米顆粒穩(wěn)定石蠟基Pickering乳液木材性能改良機(jī)制。MPTS可有效改善SMC表面疏水性,4%為較優(yōu)改性濃度。乳液粒徑隨固體穩(wěn)定劑濃度增加而增加,但在1%時(shí)趨于穩(wěn)定且小于同含量下SMC為固體穩(wěn)定劑的乳液粒徑。改性后的SMC可以較好地吸附在油/水界面,隨乳液浸漬附著甚至是進(jìn)入木材細(xì)胞壁內(nèi),處理材WPG增加(19%)。改性SMC濃度為0.1%時(shí),處理材的細(xì)胞腔內(nèi)表面出現(xiàn)微納米凸起結(jié)構(gòu)。處理材的熱損失率均小于未處理材,熱穩(wěn)定性顯著提升。改性SMC為固體穩(wěn)定劑石蠟基Pickering乳液處理材的接觸角在顆粒濃度為2%時(shí)達(dá)到近120°,表面硬度和抗壓強(qiáng)度均優(yōu)于表面活性劑協(xié)同Si02和SMC穩(wěn)定乳液處理材。(5)相比于不同pH值條件下粉體Si02分散液,不同pH值硅溶膠體系可用于木材浸漬處理�；谌苣z穩(wěn)定性理論(DLVO),隨著硅溶膠體系pH值的增加,Zeta電位絕對值增加,在靜電排斥的作用下可在一定程度上促進(jìn)團(tuán)聚的膠體顆粒再分散。pH=5和pH=11硅溶膠處理材具有較好的改性效果,得益于較適宜的pH值相容性和較小的溶膠粒徑。pH=13硅溶膠處理材的性能較其他處理組次之,處理材的熱損失率達(dá)80.4%,吸水率達(dá)51.4%。據(jù)此提出了下一步的研究方向。
【圖文】：

石蠟基Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ乳液改良木材性能及機(jī)理和王喜明，２０１４邋）。木材中的孔隙按大小分為微孔（＜２ｎｍ）、介孔（２ｎｍ）。大孔主要是針葉材管胞、闊葉材導(dǎo)管、木纖維細(xì)胞、樹脂的孔隙。微孔和介孔主要為細(xì)胞壁在干燥或潤濕狀態(tài)下的孔隙ｏｐｏｕｌｏｓ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００３）。逡逑

１緒論針葉材中的管孔孔隙尺寸較小，闊葉材中的管孔孔隙較大，不同樹種之間存差異（Ｂｏｎｎｅｒ邋ｅｔａｌ．，邋１９７２）。邊材的有效孔隙直徑顯著大于心材（Ｓｔａｍｍ邋ｅｔａｌ滲透性較好，，有助于木材改性劑的滲透。逡逑木材主要化學(xué)組分逡逑了木材的孔隙結(jié)構(gòu)外，木材的化學(xué)組分對木材功能性改良也有較大的影響。木材中的含量和作用差別，可分為主要成分（纖維素、半纖維素和木質(zhì)素）分（抽提物和灰分）。其中主要成分質(zhì)量約為木材的９０％以上，是構(gòu)成木材化學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)也是木材性能改良的化學(xué)基礎(chǔ)。逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S781.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2670533