竹材表面仿制类玫瑰花超疏水结构的研究

为克服竹材因吸水吸湿而引起的缺陷,在竹材表面利用软印刷技术仿制玫瑰花微纳褶皱结构表面,以玫瑰花瓣为模具、硅基聚合物为印章,经过2次转印处理使竹材具有超疏水表面。样品表面利用电子扫描显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及接触角(WCA)进行测试,结果表明:仿生制备的类玫瑰花竹材样品具有与玫瑰花瓣相似的乳突状微米结构和凹槽状纳米结构的粗糙褶皱表面,其水接触角达到154.5°,接近玫瑰花瓣表面的接触角160.5°,表现出超疏水特性。类玫瑰花结构竹材样品的成功制备,为竹材的疏水改性探寻了一种新的途径。     

木聚糖改性类荷叶纳米结构超疏水竹材尺寸稳定性研究

从玉米芯中提取的木聚糖用于改性竹材,提高竹材的尺寸稳定性;然后以新鲜荷叶和聚二甲基硅氧烷（PDMS）为模板,在改性的竹材表面利用软印刷法制备类荷叶竹材表面。采用抗胀（缩）率（ASE）,阻湿率（MEE）,增重率（WPG）和增容率（B）对竹材的尺寸稳定性进行了测试,并通过水接触角（WCA）、扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）分析了类荷叶竹表面的超疏水性能和微观结构。研究发现,随着木聚糖含量的增加,改性后竹材的抗溶胀性和WPG相应增加,木聚糖对材竹的增容效果更好。木聚糖在一定程度上改善了竹子的尺寸稳定性。此外,木聚糖处理改性后的类荷叶竹各向异性和超疏水性得到显著改善。本研究为竹材尺寸稳定性及竹材疏水性改良机理的研究奠定了基础。     

基于玫瑰花瓣超疏水高/低黏附特性利用软印刷技术构筑超疏水高黏附性竹材表面的研究(英文)

基于天然遗态材料植物叶片表面特殊形态及功能特性的启发,如荷叶微纳米结构的超疏水自洁特性、玫瑰花瓣微纳米结构的超疏水粘附特性。研究采用软印刷技术,分别以新鲜和干燥的玫瑰花瓣作为模板,通过聚二甲基硅氧烷(PDMS)成功地转印制备了类玫瑰状超疏水竹材表面。扫描电镜(SEM)表明,类玫瑰花瓣表面形貌在制备超疏水竹材中起着非常重要的作用。玫瑰花瓣的干燥或潮湿可能使玫瑰表面具有不同的微/纳米结构,具有不同的间距值,表现出不同的高粘附性或低粘附性。新鲜的玫瑰花瓣乳突结构具有超疏水和高粘附性表面;然而,干燥的玫瑰花瓣的乳突结构中具有超疏水和低粘性表面。类玫瑰状竹材的成功制备,可有效防止水分侵入竹材,延长竹子在不同领域的使用寿命。针对玫瑰花瓣的超疏水特性,可有效提高竹材的附加值,也将为竹/木材的疏水改性提供了一个新的研究方向。     

仿月季花/TiO_2超疏水竹材表面特征研究

为改善竹材的疏水性和稳定性,采用软印刷技术在竹材表面仿制月季花瓣的超疏水微纳结构,同时在竹材表面负载纳米二氧化钛提高其稳定性。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱元素分析(EDS)、X射线衍射光谱(XRD)、傅立叶红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)及接触角技术对样品进行了表面特征分析。结果表明:在竹材表面成功构建了类月季花瓣表面的微纳乳突结构,水滴在其表面的接触角达到154.5°,展现出良好的超疏水特性;TGA结果显示,800℃后的样品仍有31.3%的残炭量,试样具有较好的热稳定性。表面仿生可延长竹材的使用寿命和增加竹材的附加值。     

木材表面遗态仿生构建类荷叶自清洁超疏水微/纳米结构

受荷叶效应启发,使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)模板二次转印复型技术,在负载聚乙烯醇缩丁醛(PVB)涂层的白蜡木素材表面遗态仿生制备了类荷叶微/纳米结构形貌,并赋予木材表面自清洁超疏水特性。通过扫描电子显微镜、能谱元素分析仪、X射线衍射光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱仪以及静态水接触角仪对白蜡木素材和遗态仿生类荷叶自清洁超疏水木材试样的微观形貌、化学元素组成、表面化学状态以及润湿性进行表征。结果表明,遗态仿生制备的类荷叶自清洁超疏水木材表面具有与荷叶表面微/纳米乳突结构类似的微观形貌。遗态仿生类荷叶自清洁超疏水木材没有改变白蜡木素材原有的色彩纹理,其表面静态水接触角约为151°,滚动角为6°,接近于遗态材料荷叶表面的接触角与滚动角,表现出超疏水能力;同时,表面的石墨粉能被水滴轻松冲洗掉,具有自清洁特性。这主要是由于木材表面沉积的PVB混合涂层中羟基与木材表面的羟基相结合,使其表面羟基数量有所减少,此外,含氟长链烷基聚合物的存在也增强了木材表面的疏水性能。     

竹材表面ZnO超疏水涂层的制备及表征

基于"荷叶效应"仿生原理,首先采用传统一步法和晶核辅助生长法合成ZnO纳米颗粒,再通过层层自组装法分别在竹材表面构建2种不同的微纳结构,并用低表面能物质十七氟癸基三甲氧基硅烷进行修饰,获得超疏水层,最后对其性能进行表征。扫描电子显微镜和原子力显微镜观察显示,传统一步法制备的ZnO纳米颗粒呈球形结构,粒径为200～400 nm,在竹材表面相对分散,粗糙度为18.6;而晶核辅助生长法制备的ZnO纳米颗粒呈纺锤形,粒径为100～300 nm,且具有明显的分层结构,粗糙度为28.9。水静态接触角测试结果显示,随着自组装次数增加,接触角先增加后减少,当自组装次数达到20次时,传统一步法和晶核辅助生长法制备的ZnO纳米颗粒构建的微纳层的水静态接触角达到最大值,分别为142.4°和152.4°,后者达到了超疏水的要求。酸碱试剂浸渍评价纳米颗粒的耐久性结果表明,2种方法制备的ZnO纳米颗粒在强酸强碱溶液中浸泡后,接触角均无明显变化,传统一步法制备的竹材接触角在pH 2的盐酸和pH 12的氢氧化钠溶液中分别浸渍12 h后,接触角仍保持在141.1°和141.7°;晶核辅助生长法制备的竹材在pH 2的盐酸和pH 12的氢氧化钠溶液中分别浸渍12 h后,接触角仍保持在150.2°和150.8°。耐磨性测试结果表明,2种方法制备的疏水竹材具有较好的耐磨性,在30cm的线性摩擦试验后,传统一步法制备的竹材接触角仍在142°左右,晶核辅助生长法制备的竹材接触角在150°左右。X射线衍射测试结果显示,2种方法制备的疏水涂层均具有明显的ZnO晶体的衍射特征峰。2种竹材样品在XRD曲线上均出现了32.45°,34.76°,36.82°和47.65°等一系列新衍射峰,而且这些衍射峰与标准的纤锌矿ZnO的XRD卡片(JCPDS,36-1451)一致。     

纳米纤维素基吸油气凝胶的制备及性能

以竹粉为原料制备纳米纤维素基体材料,以聚乙烯醇(PVA)为增强相,在酸性环境下采用冷冻干燥法制得PVA/CNFs(纳米纤维素)复合气凝胶;采用三甲基氯硅烷(TMCS)对其进行疏水改性处理,随后将其浸渍到还原氧化石墨烯(r GO)悬浮液中,最终制得疏水型r GO/PVA/CNFs复合气凝胶;通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)、接触角(CA)和吸油性能测试,对所制气凝胶的微观形貌、化学结构、疏水性能及吸油性能进行表征。结果表明:制得的复合气凝胶密度为6.78 mg/cm3,具有均匀的三维网状多孔结构,且孔洞结构表面均被石墨烯片层覆盖;经过TMCS疏水处理后,在气凝胶表面形成疏水层结构。FT-IR和Raman分析表明,TMCS疏水改性处理并未改变PVA/CNFs复合气凝胶的化学结构。经疏水处理后气凝胶与水的接触角为138°左右,吸油倍率为78 g/g左右,且吸附过程迅速,饱油后也能悬浮于溶液表面,便于回收再利用。     

微观结构和蜡质对植物叶表面疏水性能的影响

【目的】对13种常见具有疏水性能的植物叶表面微观结构以及亲疏水性能进行研究,探究自然界植物表面的超疏水机制。【方法】选取13种植物叶表面进行分析,利用场发射扫描电镜和光学接触角测量仪分别观察测定植物叶片除蜡质前后表面的微观结构形态和静态接触角,测定同一种植物正反面的静态接触角以及成熟度不一叶片的静态接触角。【结果】13种植物叶表面主要呈现单级(球冠凸包型、圆柱凸包型、条纹结构型)、双级微纳双凸型和多级网状空心型等不同的微观结构形态,表面蜡质和微观结构对不同植物叶疏水性能的影响具有较大差异。此外,植物叶背面接触角均大于正面接触角,同一种植物成熟度不同的疏水性也有很大差异。【结论】植物叶表面的疏水性主要受到表面蜡质的含量、微观结构形态的大小与分布影响,根据其影响程度不同将植物叶片分为3类:A类主要受微观结构的影响;B类主要受蜡质的影响;C类受表面微观结构和蜡质的共同影响。     

一步溶胶凝胶法制备木基超疏水层的研究

为简化超疏水木材的制备工艺,以正硅酸乙酯为前驱体,氨丙基三乙氧基硅烷为修饰剂,采用一步溶胶凝胶法构建超疏水木材,并研究了其表面形貌和疏水性能。结果表明:表面类荷叶的微纳米分级结构协同低表面能物质,使杉木转变为超疏水性,表面接触角达151.5°,动态接触角低于8°;试样在大气中放置1年,经强酸、强碱溶液分别浸泡及超声波清洗25 min后,接触角仍高于140°,保持了较好的疏水性能。     

秸秆基复合板表面紫外固化疏水改性及其性能研究

利用紫外光固化法,以3-(三甲氧基硅基)丙基甲基丙烯酸酯（MEMO）为前驱体,在聚乙烯醇（PVA）溶液中水解,添加不同光引发剂（1173/184）,形成疏水膜（MEMO1173/184/PVA）,对秸秆基复合板表面进行疏水改性。结果表明：添加壳聚糖后的表面疏水处理（C-MEMO1173/PVA）能够显著提高复合板的表面疏水性。C-MEMO1173/PVA处理后的秸秆基复合板微观形貌更佳,且其力学性能符合GB/T 4897—2015潮湿状态下使用家具型刨花板的要求,可应用于如卫浴家具、卫生间隔板等公共潮湿环境。     

Investigation on hydrophobic modification of bamboo flour surface by means of atom transfer radical polymerization method

To convert the hydrophilic surface of bamboo flour into a hydrophobic surface, methyl methacrylate (MMA) was grafted onto bamboo flour surface by means of atom transfer radical polymerization (ATRP) method. The grafted bamboo flour was characterized by using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), water contact angle and thermogravimetric analysis. The results from FTIR and SEM have confirmed that MMA groups have been successfully grafted onto bamboo surface by means of the ATRP method, which caused the water contact angle increase to be 128.7°, i.e., hydrophilic bamboo flour turned into hydrophobicity. However, the thermal stability of grafted bamboo flour decreased compared with pure bamboo flour.     

Study on Surface Wettability of Bamboo by Measurement of Contact Angle

The main objective of this research is to evaluate the wettability of the processed bamboo surfaces. The important surface energy and acid-base properties for processed bamboo have been estimated by using contact angle techniques. According to the results, the change of ages has a positive relation with the contact angles of water on processed bamboo. The contact angles were increased after the bamboo surface treated in high temperature condition and preservation. The different treat methods have a strong influence on acid-base energy component insurface of bamboo. Compared with pinewood, the surface of bamboo seems to be stronger in the acid-base energycontribution.     

Effects of hydrogen peroxide treatment on the surface properties and adhesion of ma bamboo (Dendrocalamus latiflorus)

The poor adhesion of bamboo coatings is a serious issue in the bamboo industry. To develop a pretreatment method that improves the adhesion of films and increases the economic value of bamboo products, a study of hydrogen peroxide treatment with solutions of various pH (pH 4–9) on bamboo surfaces was conducted. Five-year-old ma bamboo (Dendrocalamus latiflorus Munro), and nitrocellulose lacquer were used in the study. Surface properties of the bamboo such as contact angle and color were evaluated, and 180° peel strength and shear strength tests for measuring adhesion of films were conducted. The results showed that the wettability of water droplets and the carbonyl group concentration on the bamboo surface were increased significantly by alkaline (pH 8 and 9) hydrogen peroxide treatments. There was only minor color variation and the outer wax layer of bamboo was etched to form additional recesses after hydrogen peroxide treatment. It was also found that all hydrogen peroxide treatments improved the adhesion of bamboo coating; bamboo treated with hydrogen peroxide at pH 7 showed the greatest improvement. The enhanced adhesion was attributed to the mechanical interlocking of the film on the treated bamboo rather than to surface activation.     

竹材表面润湿性研究

从竹材表面润湿性的原理推导入手,采用测定竹材表面接触角的方法,对竹材表面的自由能、路易丝-范得华力和酸碱力关系进行研究,并分析不同部位和不同处理方法对竹材表面湿润性的影响.结果表明:表面粗糙度,抽提物的含量和分布是影响竹材表面润湿性的主要原因;竹材的表面自由能是以路易丝-范得华力为主体;竹材表面的自由能差异主要由竹材表面的酸碱力引起;竹材表面具有稳定的路易丝-范得华力,其数值大小不受竹材表面的化学成分的影响.     

不同防水涂层对竹集成材纵向吸水特性的影响

为开发环保、防水性能优良的表面防水技术,分别采用水性聚氨酯涂料(WPU)、聚偏二氯乙烯乳液(PVDC)、溶剂型氟碳清漆(FC)和疏水型防水剂(WPA)对竹集成材横截面进行浸涂处理,通过一维吸水试验,测试其纵向吸水系数、吸水速率、防水效率和水分分布等指标,以表征表面防水竹集成材的纵向吸水特性。结果表明:阻隔型PVDC乳液处理的竹集成材对水的接触角约为75°,防水效率最高,吸水量、吸水系数和吸水速率均为最低,用于竹集成材具有良好的防水潜力。     

改善竹材胶合性能的研究

用润湿角测量仪测量了胶粘剂在竹材表面的润湿角,用物理方法(喷砂处理)、化学方法(NaOH,Na_2CO_3处理)处理竹青、竹黄,并测定了用这些竹片压制成的竹胶板的胶合强度。实验中,借助于红外光谱仪分析了处理前后竹青、竹黄表面化学结构的变化。实验结果表明:喷砂处理方法可明显地提高竹青、竹黄的胶合强度。     

Effects of surface performance on bamboo by microwave plasma treatment

Abstract Surface treatment of bamboo was carried out by microwave plasma (MWP), surface contact angle of the sample was measured using glycerin and urea-formaldehyde resin (UFR) liquid, and the effects on the surface performance of the bamboo sample was evaluated. The results show that the surface contact angle of the sample presented a generally decreasing trend when prolonging the MWP treatment time and shortening the distance between the sample and the resonance cavity. The surface contact angle of the sample decreased by 49%–59% under the following conditions: MWP treatment for 30 s, the distance between the sample and resonance cavity at 40 mm, and measurement at 15 s after dripping with glycerin. The surface contact angle of the sample measured with the glycerin was lower than that with UFR. No matter whether we used glycerin or UFR, the contact angle of the sample at 15 s after dripping was lower than that at 5 s after dripping. The grinding treatment had little effect on the surface contact angle of the sample after MWP treatment, and the modification effect ofMWP treatment after grinding was better than that of sole MWP treatment. __________ Translated from Journal of Nanjing Forestry University (Natural Sciences Edition), 2007, 31(4): 33–36 [译自: 南京林业大学学报(自 然科学版)]