重組竹是我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。它充分利用了我國竹材資源豐富的優(yōu)點。該材料具有色澤美觀、力學(xué)性能優(yōu)異、材料再生及循環(huán)利用等方面的特點,越來越被大眾所喜愛。材料的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,除了適用于室內(nèi)地板、家具、戶外墻板,該材料也可作為工程材料應(yīng)用在橋梁建設(shè)、風力發(fā)電葉片等方面。因為竹材纖維本身的主要組成是由有機物質(zhì)構(gòu)成,其中包含各種高分子營養(yǎng)成分,例如淀粉、蛋白質(zhì)等。這些成分的存在使竹材細胞攜帶羥基的數(shù)量多。由于游離羥基的存在,重組竹的吸濕性大、吸水厚度膨脹率高,最終轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性差,這極大的降低了材料的應(yīng)用價值。本文針對重組竹耐水性能差的缺陷,選取硫酸鋁和硅酸鈉兩種無機物質(zhì),通過溶膠-凝膠法獲得重組竹復(fù)合材料改性用硅鋁溶膠-凝膠。本文主要對重組竹制備工藝、硅鋁無機物質(zhì)在重組竹材料中的分布情況、無機添加劑與竹材纖維的界面結(jié)合情況和性能改性等方面進行系統(tǒng)研究。首先選用單因素試驗的方法討論重組竹用硅鋁溶膠-凝膠的制備工藝。主要考察硅鋁摩爾比和聚硅酸活化pH值兩因素的影響。試驗得到重組竹用硅鋁溶膠-凝膠的最優(yōu)制備工藝:硅鋁摩爾比為11.5:1、聚硅酸活化pH值為6.0。此時,重組竹的水平剪切強度為15.1 MPa,靜曲強度為120.7 MPa,彈性模量為13.8 GPa。使用響應(yīng)面法優(yōu)化熱壓工藝,得到硅鋁無機組分改性設(shè)計厚度為18 mm的重組竹最優(yōu)制備工藝參數(shù):硅鋁摩爾比為11.5:1、熱壓時間為1.33 min/mm、熱壓溫度為165℃。在此條件下重組竹彈性模量為14.3 GPa,靜曲強度為125 MPa,28 h循環(huán)水煮試驗的吸水厚度膨脹率為1.53 ± 0.20%。對硅鋁無機物改性重組竹材的復(fù)合機理進行系統(tǒng)的分析。選用SEM、XPS、FTIR及熱分析等分析方法對重組竹材的微觀結(jié)構(gòu)、硅鋁元素在重組竹材表面的分布情況、重組竹材官能團種類及板材的熱穩(wěn)定性進行探索。檢測結(jié)果證實在硅鋁溶膠-凝膠改性重組竹材中存在A1-0-C及Si-0-C鍵。硅氧鍵和鋁氧鍵作用竹材,發(fā)生硅鋁/重組竹有機無機雜化反應(yīng)�；瘜W(xué)鍵增強了硅鋁無機物質(zhì)與纖維的結(jié)合,提高了重組竹的力學(xué)性能。掃描電鏡試驗結(jié)果表明經(jīng)過改性的重組竹材纖維表面存在膜結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)在重組竹材表面形成較完整的三維網(wǎng)狀形態(tài),硅鋁無機物質(zhì)是不溶于水的成分,對竹材纖維產(chǎn)生包裹作用,隔絕了纖維對水的吸收,從而改善了重組竹的尺寸穩(wěn)定性。熱重分析結(jié)果顯示改性后的重組竹材的熱穩(wěn)定性得到有效提高。材料的物理力學(xué)性能受外界環(huán)境影響小,使用壽命得到有效提高。硅鋁溶膠-凝膠與竹材纖維存在三種結(jié)合方式,第一種是硅鋁溶膠-凝膠包含數(shù)量較多的羥基,通過氫鍵與竹材纖維結(jié)合,第二種是硅鋁溶膠-凝膠填充在竹材纖維細胞壁內(nèi)外,對纖維形成“永久性”的物理包裹,第三種是竹材纖維與硅鋁溶膠-凝膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng),以A1-0-C及Si-O-C鍵的方式連接。無機改性劑與竹材纖維的界面連接作用顯著,兩者的相互作用強。
【學(xué)位單位】：福建農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S781.9
【部分圖文】：

ｈ＊ｆ＊?Ｈ＊??圖１－１膠態(tài)顆粒形成示意圖??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｏｌｌｏｉｄａｌ?ｐａｒｔｉｃｌｅｓ??ｈ＼ａ?丨＇，娜，??＿叫乂、阿??Ｎ＾／?Ｈ??ＯＨ?Ｈ?ＯＨ?Ｈ?Ｈ?Ｈ?Ｈ?ＯＨ?Ｈ?ＯＨ??一?價ＶＷ＇ｌｆｆ??ＬＹ?Ｙ?Ｙ?ＶＬＶＬＶ??圖１－２硅鋁結(jié)合示意圖??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｉｌｉｃａｔｅ?ａｎｄ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ｃｏｍｐｏｕｎｄ??１．３．２桂錯無機物改善木質(zhì)材料性能的研究現(xiàn)狀??汪亮等［４１］利用自然界廣泛存在的蒙脫土（層狀硅酸無機鹽）為基礎(chǔ)，制備??有機－無機復(fù)合處理劑。通過蒙脫土的納米效應(yīng)，將處理劑注入楊木纖維細胞中，??以改善其力學(xué)性能、防霉變能力、耐腐性。試驗結(jié)果證實，處理劑附著在纖維導(dǎo)??管腔內(nèi)。處理后的楊木的抗壓強度提高了?２７％。白腐菌作用下，蒙脫土處理的木??材的失重率僅為１．５％，對照樣則為８．８％。研宄發(fā)現(xiàn)，作為高嶺土的主要成分，??蒙脫土表面含有數(shù)量極多的羥基，極易與竹材纖維發(fā)生反應(yīng)，形成化學(xué)連接，如??式１－１所示。??８??

圖２－２聚硅酸、硫酸鋁和硅鋁溶膠的ＦＴ?ＩＲ譜圖??Ｆｉｇ，?２－３?ＦＴＩＲ?ｐｒｏｆｉｌｅｓ?ｏｆ?ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｉｃ?ａｃｉｄ，?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ｓｕｌｆａｔｅ?ａｎｄ?Ｓｉ－Ａｌ?ｓｏｌ??圖２－２是我們制備硅鋁溶膠的原料聚硅酸和硫酸鋁及硅鋁溶膠的ＦＴＩＲ譜圖。??位于３４００?ｃｍ－１附近和１６３５?ｃｍ－１附近的峰歸屬于－ＯＨ的伸縮和彎曲振動。這是因??為在硅鋁溶膠中不僅存在Ｈ２０，同時還有大量的Ｓｉ－ＯＨ鍵和Ａ１－ＯＨ鍵的存在。??在Ａｈ（Ｓ〇４）３譜圖中，９３６?ｃｍ－１是Ａ１－０－Ａ１吸收峰，６０１?ｃｍ－１附近是Ａ１－ＯＨ吸收峰。??在聚硅酸的譜圖中，８００?ｃｎＴ１和４５６?ｃｍ－１的吸收峰是Ｓｉ－０－Ｓｉ和Ｓｉ－ＯＨ鍵的體現(xiàn)。??在硅鋁溶膠的譜圖中，１０６８?ｃｎＴ１處的峰可能是Ｓｉ－０－Ａｌ或Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ的吸收峰。??８００?ｃｒｒｆ１是Ｓｉ－０－Ｓｉ的吸收峰。通過對比Ａｈ（Ｓ〇４）３的ＦＴＩＲ，可以發(fā)現(xiàn)硅鋁溶膠在??９３６?ｃｍ－１處的峰強度減弱了，Ａ１－ＯＨ與Ｓｉ－ＯＨ發(fā)生脫水縮合反應(yīng)，得到Ｓｉ－０－Ａｌ??結(jié)構(gòu)。１６３５?ｃｍ－１附近吸收峰減弱，是因為硅鋁發(fā)生反應(yīng)［４３］。??１６??

?２．２Ａ２粒徑大小分析??圖２－３為硅鋁溶膠－凝膠的粒徑大小。從圖中，我們可以發(fā)現(xiàn)硅鋁溶膠－凝膠??的粒徑大小分布的范圍主要是３－２０?ｐｍ。最大粒徑是２３．５１—，比表面積為??３０３．２８?ｍ２／ｋｇ。竹材纖維屬于多孔材料，纖維的細胞壁上存在紋孔，這些紋孔的??尺寸一般在０．１－５．０陣范圍。通過圖２－３中累積線，我們可以發(fā)現(xiàn)。硅鋁溶膠－??凝膠尺寸小于或等于５．２５?ｐｍ的占據(jù)１６．８７％，這說明溶膠－凝膠物質(zhì)不僅能夠吸??附在竹材纖維的表面，還能夠通過細胞壁中紋孔滲透進入細胞腔中。??１０?Ｉ?１?ｉ???ｊ?￣???１００??８?－?｜?｜?１００％??１６．８７％??ｏ?ｉ?１７＾－—－?ｏ??．?Ｉ?．?？?．?？?．?ｉｆ?？?．??０?５?１０?１５?２０?２５?３０??粒徑〇ｉｍ）??圖２－３硅鋁溶膠－凝膠粒徑大小??Ｆｉｇ．?２－３?Ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｓｉｚｅ?ｏｆ?Ｓｉ－Ａｌ?ｓｏｌ－ｇｅｌ??２．?３娃鍋溶膠－凝膠改性重組竹的制備??２．３．１試驗原料??試驗所用原料如下：??炭化竹束和酚醛樹脂膠由浙江大莊實業(yè)集團股份有限公司提供。??硅鋁溶膠（自制）固含量為５０％，粘度為１１０?ｍＰａ＇ｓ，使用前須使固含量降??至?３０％。??酚醛樹脂膠的固含量為５５％，粘度約為５０?ｍＰａ’ｓ，固含量降到３０％后用于??
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本文編號：2846103