木材/无机纳米复合材料研究现状与展望

在纳米材料特征、制备方法、纳米复合材料等方面研究成果的基础上,国内外的学者对木材无机纳米复合材料进行了初步研究.研究表明,木材内部具有容纳纳米粒子的纳米空间,它存在于木材细胞壁上的微细纤维之间;并存在能与纳米粒子结合的活性基团;可用溶胶-凝胶法(sol-gel)、原位插层合成法、注入填充法等方法,形成木材/无机纳米复合材料;木材原有性能均能有不同程度的提高,甚至有可能产生全新的性能.基于木材的特点,以木材/无机纳米复合材料的工业化研究为目标,分析木材/无机纳米复合材料的制备、检测与分析表征的研究现状,提出研究建议与展望,主要包括无机纳米材料的筛选、表面改性和分散处理、纳米粒子与木材复合的途径和复合机理研究、木材/无机纳米复合材料的结构表征和性能分析及其应用研究等.     

杉木-纳米CaCO_3复合材料结构表征及其复合机理分析

用SEM和TEM观察与表征该复合材料的微观结构,表明改性物质纳米粒子在杉木中的结合方式与单纯加入有机高分子或无机微米粒子有很大差别,并发现凝胶中的纳米CaCO3粒子多数以纳米尺度分布在木材细胞壁上,部分则沉积在木材中的纳米空间;基于二元复合理论,结合XRD和EDXA等,分析了其复合机理,结果表明:纳米CaCO3可与杉木木材形成良好的复合;纳米CaCO3与木材组分既有原位复合,但主要是其表面的大量不饱和残键以及游离羟基与杉木木材细胞壁主要组分—纤维素和半纤维素上的羟基形成化学结合。     

木材无机改性的方法

为了改善低密度、幼龄材等低质材的性能,以便能代替天然大径材,缓解我国目前木材的供需矛盾,可通过无机物改性木材而制得无机复合木材来替代天然优质材。采用无机物改性木材,可有效地提高低质木材的力学强度,防腐和阻燃等性能。本文介绍采用无机盐类、无机氧化物(SiO2纳米粒子、Al2O3、TiO2等纳米粒子)和天然矿土等无机材料对木材的改性方法及各种无机改性方法的基本原理,并阐明各种无机改性处理方法对木材材性的影响。     

溶胶-凝胶法在木材/无机纳米复合材料上的应用

对溶胶-凝胶过程的影响因素、溶胶-凝胶法在木材/无机纳米复合材料上的应用、木材/无机纳米复合材料的性 能等方面加以评述,总结了当前研究中存在的一些问题,并提出了今后的研究方向。     

微观力学表征技术的发展及其在木材科学领域中的应用

微观力学表征技术是表征材料微纳米力学性能的重要技术手段,目前已被广泛用于表征材料的超微构造和解析材料的力学行为。随着材料科学研究尺度缩小,微观力学表征技术逐步从纳米向超纳米、从分子向超分子甚至粒子水平发展。按照试样信息的不同方式,微观力学表征技术主要包括纳米力学测试技术(探针技术)和超纳米力学测试技术(显微镜技术);其中,纳米力学测试技术包括准静态纳米压痕技术、动态纳米压痕技术和动态模量成像技术,超纳米力学测试技术包括原子力显微镜技术和基于原子力显微镜技术的新型微观力学表征技术。木材是一种多孔状、层次状、各向异性的非均质天然高分子复合材料,其超微结构是细胞壁由不同厚度的层次组成。细胞壁是决定木材和木质纤维材料性能的主要因素,是木材的实质承载结构;细胞壁的力学性能是由壁层结构、化学组成的分布与结合方式决定的。开展木材和改性木材细胞壁纳观尺度的力学性能、分布及影响对实现木基复合材料的高效设计具有重要意义。自Wimmer等首次将纳米压痕技术应用于天然木材细胞壁微观力学后,国内外学者主要采取准静态纳米压痕测量技术和动态纳米压痕测量技术对不同树种木材以及化学改性和生物改性木材细胞壁的硬度、弹性模量、蠕变特性与黏弹性等力学性能进行了研究。木质材料界面作为纳米级厚度的界面相或者界面层,不仅影响木质材料的强度、刚度,而且影响木质材料的断裂韧性等。界面力学是决定木基复合材料整体力学性质的关键,是引起材料变形、强度下降的主要原因。研究界面的属性和特征对于木基复合材料整体属性的评价以及结构的优化设计有一定参考价值,研究内容涉及有胶合界面、纤维增强聚合物界面以及木制品涂层的微观力学。随着研究尺度逐渐缩小,微观力学表征技术趋向高分辨率及数据定量化,如今已能在纳米级分辨率下进行力学信息成像,为木材科学领域的研究提供了方便。微观力学表征技术在木材科学领域中的应用尚具有较大潜力,但仍有较多方向尚未涉及,还应在以下3方面展开研究:一是需要开展微观力学技术在木材科学领域应用的标准化研究,规范测试过程,确保测试结果的可靠性和一致性;二是建立木质材料宏观到微观的完整力学体系,从本质上剖析木质材料的力学行为,在纳米尺度上表征木质材料的性质和失效机制;三是随着木材科学领域研究的深入,需建立微观力学与微观化学、微观物理、微观环境学的联系,丰富木材及木基复合材料在微纳尺度的研究。     

户外用木质材料改性研究进展

户外用木质材料需具备防腐、防虫、防霉、阻燃、干燥等特性,对木材进行改性处理可以保障其在户外使用时的质量和使用性能。通过分析和总结国内外学者研究成果,按户外用木质材料处理方式不同将木材改性处理方法分为化学改性和物理改性,化学改性主要包括防腐剂浸渍处理法、乙酰化处理法、糠醇处理法、氮羟甲基化合物处理法、石蜡改性法和热固性树脂改性法;物理改性主要包括热处理法和无机纳米粒子填充法,对以上各类改性方法、改性机理及改性木材的应用等相关研究进行了概述。     

纳米材料与纳米技术在功能性木材中的应用

木材的功能化修饰是提高和改善其性能的有效途径, 利用纳米材料与纳米技术所具有的特性和功能来改性木材, 可以获得新型功能化的木基纳米复合材料。文中总结了纳米材料、纳米合成技术、纳米表征技术以及纳米仿生智能构筑技术在木材功能性改良中的应用情况, 展望了纳米材料与纳米技术在功能性木材研究领域的发展趋势, 旨在为木材的功能化修饰研究提供参考。     

木基复合材料研究现状

木基复合材料具有良好的机械性能和可加工性，是现阶段我国木材科学与技术领域开发和研究的主要对象。首先根据不同的组合形式和应用总结出3种木基复合材料，即木塑复合材料、木基陶瓷材料和木材无机纳米复合材料。同时，梳理了其在生物可降解材料、新型环保材料、新型阻燃材料、生物基热塑性等领域的研究进展，并针对现有木基复合材料制备和应用方面存在的问题，展望其研究趋势和应用前景，旨在为进一步提高木基复合材料的研究提供科学依据。     

聚合物纳米复合材料实现经济和技术上的突破

纳米复合材料是本世纪最有前景的材料。聚合物纳米复合材料商业化用途虽然处于发展初期,但正在实现经济和技术上的重要突破。在塑料母料中加入纳米粒子可以优化其物理性能、导电及导热性能。目前主要有三种纳米粒子用于合成聚合物纳米复合材料,分别为:纳米黏土、碳纳米     

2005年《林产工业》总目次(1~6期总第173~178期)

(1一6期总第173一178期) 综述 浅议我国从人造板大国迈向人造板强国的途径 张齐生周定国工(3) 溶胶一凝胶法在木材/无机纳米复合材料上的应用 符韵林赵广杰工(6) 喷蒸热压新工艺技术及其在国内外人造板工业中的应 用开发何泽龙工(10) 2004年度我国中护漓密度纤维板生产发展状况