竹材表面超疏水改性的初步研究田根

基于超疏水表面的制备原理,以低表面能的三氯甲基硅烷为原料,利用常温、常压化学气相沉积法在竹材表面自组装形成直径30～80 nm的纳米棒阵列或纳米线网状结构,使竹材横切面对液态水接触角最大达到157°,滚动角接近0,具备了超疏水表面特性。本研究证实了赋予竹、木等亲水性木质纤维素材料以超强疏水性能的技术是可行性的。      

基于纳米压印技术的遗态仿生设计各向异性超疏水木材

采用纳米压印技术与硅烷化接枝改性处理相结合的方法,将遗态材料茭草叶表面的微纳米槽棱构筑于木材表面,得到遗态仿生各项异性超疏水木材.通过SEM、EDS、XRD、FTIR以及WCA对试样的微观形貌、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:遗态仿生各向异性超疏水木材表面具有与茭草叶类似的微观形貌;其水接触角为158°,表现出超疏水性能;此外,其表面的水滴在翻转至垂槽方向时,水滴粘附在试样表面没有滴落,而平槽方向上水滴迅速滚落,表现各项异性.同时,经不同温度蒸煮处理后对其稳定超疏水性进行了测试,结果表明其水接触角均大于150°,仍具有超疏水特性,制备的超疏水木材表面具有耐久性与耐候性.     

竹材表面超疏水改性的初步研究

基于超疏水表面的制备原理,以低表面能的三氯甲基硅烷为原料,利用常温、常压化学气相沉积法在竹材表面自组装形成直径30～80nm的纳米棒阵列或纳米线网状结构,使竹材横切面对液态水接触角最大达到157°,滚动角接近0,具备了超疏水表面特性。本研究证实了赋予竹、木等亲水性木质纤维素材料以超强疏水性能的技术是可行性的。     

木质素磺酸钙活性接枝改性制备高性能无胶纳米纤丝化复合材料

为解决复合材料的制备加工设备特殊、工艺流程繁琐及材料强度低等问题,以木质纤维为原料,通过机械胶膜法将木纤维和木质素磺酸钙有效地复合在一起,再通过热压得到高性能纳米纤丝化复合材料。借助扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)分析复合材料的形貌结构、化学组分的主要基团和元素,对无胶纤维板和纳米纤丝化复合材料的力学指标进行比较,以探索纳米纤丝化复合材料的机械性能。结果表明:木纤维机械胶磨会使木纤维分层分支,无胶热压纳米纤丝化复合材料呈层状结构;木质素磺酸钙与木纤维胶磨后能够有效地粘合在一起,增加表面活性;与无胶纤维板相比,纳米纤丝化复合材料的静曲强度、弹性模量、内结合强度均提高,比纯木纤维板分别提高213%、178%、263%,比胶磨纤维材料分别提高15%、14%、22%;而吸水厚度膨胀率分别降低了51%、22%。     

碱处理竹原纤维/不饱和聚酯复合材料的力学性能及界面表征

采用模压成型方法制备竹原纤维增强不饱和聚酯(UPE)复合材料,以1%、3%和5%Na OH溶液处理竹原纤维,以改善纤维与UPE树脂间的界面相容性。结果表明:碱处理竹原纤维显著提高了复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量;1%Na OH溶液处理竹原纤维得到的复合材料力学性能最佳。碱处理后纤维的傅里叶红外光谱(FT-IR)与X-射线光电子能谱(XPS)分析表明:碱处理可移除纤维表面木素、半纤维素以及杂质等,使竹原纤维的纤维素相对含量增加,纤维表面变得粗糙。复合材料拉伸断面扫描电镜(SEM)分析表明:碱处理纤维改善了竹原纤维与UPE树脂的界面粘结。     

生物预处理秸秆纤维特性及复合材料的性能研究

  目的  探究生物预处理对秸秆纤维及其与脲醛树脂制备的复合材料性能的影响,为秸秆基复合材料的制备及发展提供理论依据。  方法  接种微生物菌剂(秸秆腐熟剂)对水稻Oryza sativa秸秆进行好氧发酵处理,测定不同处理时间下水稻秸秆中半纤维素、纤维素、木质素等的变化,测试并对比未经生物改性处理秸秆纤维(S₀)、经生物改性处理5 (S₅)和10 d (S₁₀)秸秆纤维的结晶度和微观形貌,制备秸秆纤维/脲醛树脂复合材料,分别标记为F₀、F₅、F₁₀,比较不同生物预处理时间下秸秆基复合材料的表面性能和力学性能。  结果  改性处理后秸秆表面的硅和蜡等物质被去除,但较长的生物改性处理时间(10 d)会破坏秸秆纤维自身结构。相比于S₀和S₁₀,S₅的纤维素相对含量最高,为37.99%,结晶度也最好,为47.8%。3种秸秆基复合材料中F₅疏水性最好,表面能最低,冲击韧性最大(7 665.64 J·m?2);F₁₀抗弯性能更好,静曲强度和弹性模量分别为27.73和20 354 MPa,相比F₀分别提高了59.00%和50.17%。  结论  生物改性处理可以改善秸秆纤维的表面性质,提高秸秆纤维/脲醛树脂复合材料的性能,生物改性处理5 d的秸秆纤维更好,制备的复合材料性能更优良。图4表1参28     

植物叶表面超疏水性研究进展

超疏水表面因其广阔的应用前景而成为国内外研究热点。本文综述了植物叶表面的超疏水性,分析了引起超疏水性的主要原因(微观结构、化学组成等),对超疏水自清洁材料的研究趋势进行了展望,旨在为仿生多功能表面的设计和制备提供参考。     

磁控溅射法制备纳米氧化锌/木材复合材料及其物理性能变化

目的为了改善木材表面物理性能,探索制备纳米氧化锌/木材复合材料的方法。方法以31年树龄的樟子松木单板作为研究对象,采用磁控溅射法制备纳米氧化锌/木材复合材料,对木材进行功能性改良,利用X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪、接触角测量仪和扫描电镜(SEM)对样品结构、弹性模量、硬度、表面润湿性和微观形貌等进行表征。结果纳米氧化锌/木材复合材料XRD谱图显示:在2θ等于17.0°、22.5°、35.0°附近仍具有木材纤维素3个结晶面(101、002和040)的特征峰;在2θ等于31.8°、36.3°附近出现了ZnO(100)、ZnO(101)的特征衍射峰。在基底温度为200℃溅射条件下,木材纤维素结晶度下降23.1%。纳米压痕载荷-压入深度曲线形状变化较大,弹性模量增大了6.6倍,硬度增大了23%;纳米氧化锌/木材复合材料表面水接触角为140.2°;表面的纳米氧化锌粒径较小,分散性较好,在木材单板表面分布平整均匀。结论磁控溅射法制备纳米氧化锌/木材复合材料对木材结晶区没有形成影响,依然存在木材纤维素特征衍射峰,纤维素的结晶结构没有遭到破坏,但衍射峰强度有所降低;在木材单板表面生长氧化锌薄膜增大了木材表面的弹性模量和硬度,使木材表面润湿性能从亲水性变为疏水性,接近氧化锌材料的超疏水性能;木材表面生长的氧化锌薄膜均匀,排列致密,表面平整,无裂痕。可见,利用磁控溅射法在木材单板表面生长氧化锌薄膜,能够制备理想的纳米氧化锌/木材复合材料。      

木质纤维素/蒙脱土纳米复合材料吸附水中Cd(Ⅱ)的研究

采用木质纤维素与蒙脱土经插层复合反应,成功的合成了一种新型吸附剂木质纤维素/蒙脱土纳米复合材料(LNC/MMT),研究了其对水中Cd(Ⅱ)的吸附行为以及影响吸附效果的重要因素,利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析方法对纳米复合材料的结构进行表征,通过动力学、热力学模型拟合探讨其吸附机理。结果表明,木质纤维素/蒙脱土纳米复合材料对水中Cd(Ⅱ)具有很好的吸附效果,在Cd(Ⅱ)溶液初始浓度0.005 mol/L、p H值5.6、吸附温度55℃、吸附时间80 min时,吸附容量达到最大值118.45 mg/g。吸附动力学可以用准二级动力学方程描述;等温吸附模型符合Langmuir方程,木质纤维素/蒙脱土吸附Cd(Ⅱ)主要是单分子层化学吸附。     

基于纳米SiO_2-PDMS体系的耐磨超疏水木材表面构建与特性评价

通过St?ber法与溶液自组装的方法在二氧化硅球表面接枝了十八烷基三氯硅烷,采用滴涂的方法在木材表面制备聚二甲基硅氧烷和二氧化硅涂层。用SEM、FT-IR、XPS对其微观形貌、化学组分、表面结构进行表征;通过砂纸磨损实验、静态水接触角和滚转角对其稳定性能进行了测试和评价。结果表明:在木材表面沉积了纳米SiO2-PDMS涂层,改变了木材的润湿性与稳定性;SiO2-PDMS超疏水木材不但没有改变木材的色彩纹理,还使木材表面具有低黏附超疏水特性,接触角约为158°,滚动角为6°。SiO2-PDMS超疏水木材仍然保持了超疏水性,说明SiO2-PDMS超疏水木材具有良好的机械稳定性,因此所制得的木材表面不仅具有超疏水性,而且在砂纸磨损试验后具有优良的耐磨性。     

改性木质纤维素/蒙脱土对Pb(Ⅱ)的吸附研究

以木质纤维素(LC)为原料,利用巯基乙酸改性LC得到巯基木质纤维素(SLC),通过溶液插层复合法再与蒙脱土(MT)反应制备得到了巯基改性的木质纤维素/蒙脱土纳米复合吸附材料(SLM)。研究了SLM对水体中Pb(Ⅱ)的吸附过程,探讨各吸附因素对SLM吸附效果的影响。分析了吸附动力学和吸附等温特性,并采用FTIR和SEM/EDS表征对吸附机理进行研究。结果表明,SLM对Pb(Ⅱ)有良好的去除效果,SLM对Pb(Ⅱ)离子的最佳吸附条件为SLM用量0. 050 0 g,Pb(Ⅱ)起始浓度3. 52 g/L,pH4. 75,温度45℃,时间120 min,最大平衡吸附量173. 81 mg/g。SLM对Pb(Ⅱ)的吸附行为符合准二级动力学方程和Langmuir等温模型。FTIR和SEM/EDS分析显示,Pb(Ⅱ)和SLM表面的活性官能团进行了单分子层的化学吸附。     

木质纤维素基重金属吸附剂的制备技术研究进展

分析了木质纤维素的组成成分和结构性质,归纳出木质纤维素基吸附剂的制备路线,系统总结了木质纤维素预处理、化学改性技术方法的最新研究进展,阐述了制备过程中主要因素的影响;结合表征手段揭示了其吸附机理,介绍了其吸附及再生研究方法。结果表明,为提高木质纤维素对重金属的吸附效果,可通过化学改性在其纤维素上引入活性官能团。但纤维素被封闭在由半纤维素和木质素构成的致密网状结构内,加之其结晶度较高,使得改性效果较差,因此,在化学改性前需要先进行预处理。目前的预处理技术除了包括物理、化学和生物技术,还有微波、超声等新兴技术;化学改性技术主要包括单体接枝和直接改性。原材料和试剂的种类与用量、反应温度和反应方式等因素对制备过程影响较显著。木质纤维素基吸附剂对重金属离子的吸附机理主要是表面络合和离子交换,目前吸附研究主要采用间歇式静态吸附法,再生研究主要采用溶剂再生法。最后,指出了木质纤维素基吸附剂的制备、吸附和再生过程中存在的问题及今后的发展方向。     

真菌菌丝-木屑复合材料的物理力学性能——以灵芝菌、木耳菌为例

以木屑为基质、真菌菌丝为粘结物质,采用无胶胶合方法制备菌丝-木屑生物质复合材料;参照GB/T17657—2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》,测试菌丝-木屑生物质复合材料的抗拉强度、静曲强度、内结合强度;采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR),分析菌丝-木屑生物质复合材料的微观结构、主要化学成分及材料成型机理。结果表明:制备的菌丝-木屑生物质复合材料,是一种新型可降解木质复合材料;灵芝菌丝-木屑材料、木耳菌丝-木屑材料的密度,分别在为0.64~0.70、0.68~0.78 g/cm~3之间;FTIR分析显示,两种菌丝对纤维素、半纤维素、木质素均有一定的降解,灵芝菌丝对木质素的降解程度略大于木耳菌丝;SEM观察显示,以三维网状结构存在于木屑表面及孔隙中,将散碎的木屑有效的粘结成为整体;力学性能测试显示,菌丝的生长情况对材料的力学强度有一定的影响,但是菌丝-木屑生物质复合材料力学性能仅为中密度纤维板的1/4。     

碳酸钙原位改性植物纤维及其复合材料性能表征

为研究原位沉积对竹、杉木、黄麻3种植物纤维的表面改性效果,采用平压工艺制备了植物纤维增强聚丙烯复合材料,并通过SEM、原子力学显微镜、光学纤维接触角测量仪等方法分别表征了植物纤维的表面形貌、表面粗糙度、静态接触角、拉伸性能以及复合材料的断口形貌和力学性能。结果表明:CaCO3原位沉积改性对单根植物纤维的表面性能有显著影响,不仅提高了单根植物纤维的拉伸性能,还改善了植物纤维增强热塑性聚合物的界面性能,增强了复合材料的界面强度。原位沉积改性后,3种植物纤维表面均有CaCO3附着,杉木纤维的CaCO3上载量最高,达16.08%;竹纤维最低,为6.96%。改性竹纤维的表面粗糙度Rq值降低了32.95%,静态接触角增加了1.85%;改性杉木纤维的Rq值和静态接触角分别增加了42.51%、3.12%;改性黄麻纤维的Rq值增加了62.77%,静态接触角降低了0.4%。单根改性植物纤维的拉伸性能均有所提高,相同CaCO3原位沉积改性条件下,改性竹纤维的拉伸强度和弹性模量最大,分别为1 134.83 MPa、37.25 GPa。断口形貌SEM图中,改性植物纤维与聚丙烯结合紧密,复合材料的断裂主要以改性植物纤维的断裂为主,表明复合材料的界面性质得到改善。改性植物纤维增强聚丙烯复合材料的拉伸性能得到提高,而且其弹性模量的变化趋势与改性植物纤维CaCO3附着量的变化趋势一致。改性杉木纤维增强聚丙烯复合材料弹性模量最大,为2.28 GPa;改性竹纤维增强聚丙烯复合材料拉伸强度最大,为54.04 MPa。      

基于模板印刷法的仿生超疏水木材的研制

通过模板印刷法改性处理木材表面,得到与玫瑰花瓣表面结构相同的纳米形貌超疏水木材。使用接触角检测仪测量样品表面润湿性,使用能谱分析仪(EDS)测定模板的化学成分,使用XRD测定试样晶体结构,使用DTG-60AH测定试样热稳定性。结果表明:制备的仿生超疏水木材没有改变木材的基本系能,但使木材表面具有高黏附超疏水特性;仿生超疏水木材表面的静态水接触角约为(157. 5°±0. 5°),可以阻止木材吸收水分;仿生超疏水木材具备的良好的热稳定性,热解过程质量损失约73. 2%,低于未经改性木材。     

木质纤维细胞壁大分子取向研究进展

木质纤维细胞壁主要是由纤维素、半纤维素以及具网络结构的木质素交联形成的高度有序的三维立体结构,是植物最基本的力学承载单元。本文首先概述了国内外有关木质纤维细胞壁中纤维素、半纤维素和木质素3种结构大分子的模量、强度等微力学特性,其次就纤维素?半纤维素、纤维素?木质素以及半纤维素?木质素大分子间的交联结构、分子间的有序组装规律进行了总结。在此基础上,对比分析了光学显微成像、电子显微成像、原子力显微成像、显微红外光谱、线偏振显微拉曼光谱、和频振动光谱以及同步辐射X射线衍/射技术在细胞壁大分子取向研究过程中的异同点。重点讨论通过分子光谱化学成像技术揭示的木质纤维原料不同类型细胞以及同一类型细胞不同亚层中3种结构大分子取向排列规律。最后,展望了木质纤维原料大分子取向研究可能的发展趋势:系统表征木质纤维细胞壁纤维素超分子结构、三大组分间连接键类型、纤维素构象对半纤维素糖苷键及木质素芳香环有序组装的影响机制;在纳米尺度揭示木质纤维发育过程中,各类细胞壁中纤维素纤丝聚集体结构、取向和微力学变化规律;在细胞壁水平非破坏性地对木质纤维大分子取向进行三维立体成像和定量研究;基于分子结构表征、分子模拟和三维成像研究结果实现针叶、阔叶及禾本科植物纤维细胞壁骨架模型的构建。      

硅凝胶植物纤维复合材料的微观构造

将植物纤维基超低密度材料浸入硅溶胶中,采用溶胶—凝胶两步法制备具有良好物理性能的复合材料;采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及傅里叶红外光谱仪(FTIR)对复合材料的微观构造进行表征.结果表明:凝胶颗粒不仅覆盖、粘附在发泡材料的纤维表面,同时还填充在材料的内部孔隙中,使材料的密实化程度得到提高,衍射强度降低;同时,在复合材料中发现一些硅凝胶的疏水性基团.表明这种方法可提高材料的防水、防霉以及隔热、隔音等性能.     

竹材表面仿生构筑类月季花超疏水结构的研究

为克服竹材因吸湿而产生开裂、变形等缺陷,利用软印刷技术,以新鲜月季花Rosa chinensis为模板,聚二甲基硅氧烷为印章,在竹材表面仿生构筑类月季花瓣表面的超疏水微纳结构,经转印复型使竹材具有类月季花瓣高黏滞力的超疏水特性。利用扫描电子显微镜观测并对接触角进行测试。结果表明:制备的类月季花瓣竹材样品具有与月季花瓣类似的乳突状微米结构和凹槽状纳米结构的粗糙表面,它与水滴的接触角高达到153.5°,接近月季花瓣表面的接触角157.5°,显示出超疏水特性。同时,水滴可以牢固附着在竹块表面,并将其翻转90.0°和180.0°,水滴均不会滚落,表现了良好的黏附性。此外,试样提高了对涂料附着的能力。     

不同木质纤维原料对PVC木塑复合材料力学性能的影响

选取6种不同木质纤维制备PVC木塑复合材料,分析木质纤维的基本形态参数及表面接触角,对比研究不同木质纤维制备木塑复合材料的综合力学性能。结果表明:木质纤维长度、长径比及接触角值均较高的材种较适合制备木塑复合材料;在6种不同木质纤维中,纤维长度、长径比和接触角分别为2.66 mm、65.35和90.32°的杉木制备的木塑复合材料综合力学性能最佳,弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度和抗冲击强度分别可达45.63、3 247、29.14 MPa和6.41 k J/m2。     

溶胶凝胶法制备超疏水竹材

通过溶胶凝胶法,赋予竹材超疏水特性,以拓宽竹材的应用范围。以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,氨水为催化剂,制备硅溶胶浸渍液,选用十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)的乙醇水解液对浸渍处理后的竹材表面进行修饰,制备超疏水竹材表面。结果表明,处理后竹材表面形成直径大小为50~100 nm的颗粒状薄膜;竹材横截面接触角达到154°,具备了超疏水表面特性;改性后疏水效果随HDTMS质量分数增加而提高,当HDTMS质量分数为5%时,疏水效果达到最佳,之后随HDTMS质量分数增加有减小趋势。