硬脂酰化木质素基复合涂层在木材超疏水改性中的应用

在木材表面构建超疏水涂层能有效隔离木材与水分接触,缓解木材因强吸湿/水能力导致变形、开裂、腐朽等问题,同时赋予改性木材防水、自清洁等新的功能。通过硬脂酰氯对工业脱碱木质素进行酯化反应,合成具有优异疏水性能的硬脂酰化木质素(LSE)。首先,以LSE为主要组分,通过与环氧树脂(ER)、二氧化硅(SiO₂)和十八烷基三甲氧基硅烷(OTMS)以不同质量比复合在玻璃基材上制备复合超疏水涂层,性能分析结果表明四者质量比为10∶2∶1∶1的LSE/ER/SiO₂/OTMS涂层的疏水性能和机械稳定性能最优;随后,采用喷涂的方式在木材表面构筑LSE/ER/SiO₂/OTMS超疏水涂层,并用扫描电镜SEM对其微观形貌和表面结构进行表征;最后,通过砂纸磨损实验和胶带剥离实验对超疏水涂层的机械稳定性能进行了测试及评价,并通过霉菌、白腐菌和褐腐菌侵染实验探究了其生物耐久性。结果表明：在木材表面沉积LSE/ER/SiO₂/OTMS涂层制备出的超疏水木材横切面和弦切面的接触角分别为(161.4±3.9)°和(159.1±4.0)...     

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。     

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。     

超疏水木材老化性能初步探究

以杉木为基底,采用一步水热法在木材基底上构建超疏水结构,使水滴静态接触角可达151°,滚动角小于5°。并采用湿热老化实验和化学稳定性测试实验初步探究超疏水木材老化性能。实验结果表明,超疏水木材经72 h湿热老化实验之后,表面水滴静态接触角仍可达150.5°,其滚动角小于5°。在强酸溶液中浸泡8 h后水滴接触角仍可达150°,但在强碱溶液中浸泡后水滴接触角急剧下降。     

化学交联贻贝仿生超疏水木材的构建与性能表征北大核心

聚多巴胺(PDA)修饰的木材表面具有较强粘附特性和表面化学反应活性,通过引入氨基改性纳米二氧化硅(SiO;)粒子构建木材粗糙表面,采用乙二醇二缩水甘油醚为交联剂,提高纳米SiO2粒子在木材表面的稳固性,采用十八烷基三甲氧基氯硅烷为低功能化改性剂制备表面稳固的超疏水木材。研究表明:当纳米SiO;粒子浓度为2%时,接触角最大为156.6°,滚动角为4.7°,超疏水木材表面经过超声波震荡、模拟下雨冲刷、加热、酸碱腐蚀及有机溶剂浸泡等处理后,仍具有较强的超疏水稳固特性。     

仿生超疏水木材表面微纳结构制备研究进展

仿生构建超浸润界面材料在自清洁、生物防污、防水抗结冰等领域具有巨大的潜力,但目前在木材科学领域的设计、制备和实践应用依然存在很大的挑战.根据仿生学原理,笔者简述了超疏水表面相关设计的基本理论以及多尺度粗糙结构在优化不可润湿表面结构中的作用,总结了 3种构建仿生超疏水木材的有效途径,推导出本征接触角的计算公式及体系自由能...     

木材耐久性超疏水表面构建研究进展

木材作为一种天然可再生材料,富含亲水性基团且孔隙结构发达,因而具有很强的吸湿/水能力,易发生变形、开裂、腐朽等问题。基于“荷叶效应”原理,仿生构建木材超疏水表面是有效隔离木材与水分接触,赋予木材防水、防污、自清洁等优良特性的木材功能性改良新途径。然而超疏水木材在实际应用中不可避免地要受到刮擦磨损、阳光辐射、化学腐蚀等外界因素的影响,容易造成表面微/纳米粗糙结构的破坏或低表面能物质的降解,从而导致超疏水性能的降低或丧失,限制了超疏水木材的实际应用,因此设法提高木材表面超疏水涂层的机械稳定性和耐久性是亟待解决的关键问题。笔者首先分析了木材超疏水表面耐久性差的主要原因,介绍了木材超疏水表面耐久性能的测试方法,重点综述了木材耐久性超疏水表面的构建策略及其最新研究进展,最后对超疏水木材研究中存在的一些问题及发展趋势进行了总结和展望。     

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。     

光控润湿性转换的抑菌性木材基银钛复合薄膜

以水热法和银镜法在木材表面制备出Ag-Ti O2复合微纳米结构薄膜,并通过有机物氟硅烷修饰使木材表面具有超疏水性。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射能谱(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)和接触角测试等方法对木材表面进行了分析和表征。研究结果显示,经氟硅烷修饰后的Ag-Ti O2负载的木材表面具有良好的紫外光驱动润湿性转换的特性,即光照前为超疏水性(152.8°)和亲油性(25°),光照一段时间后转变为超疏油性(150.2°)和亲水性(26.2°)。这是由于氟硅烷受到紫外光照射后会光致分解破坏一部分的烷基链,并在紫外光的激发下产生亲水基团所致。同时,与单纯Ti O2负载的木材相比,Ag-Ti O2复合薄膜中银纳米颗粒赋予了木材良好的抑菌性能,可提高木材的生物耐久性。以上研究为木材润湿性转换的智能化设计和多功能化设计开辟了新的途径。     

木材表面等离子体刻蚀和沉积碳氟薄膜的超疏水性

【目的】具有超疏水性的木材可以抑制或减小木材表面对水分的吸收,从而延长并提高木材的使用寿命及性能,研究木材表面等离子体刻蚀和沉积碳氟薄膜的超疏水性,为等离子体环境下超疏水性木材的制备提供科学依据和参考。【方法】以糖枫木径切单板为试验材料,首先采用氧等离子体在放电功率150 W、工作气压66 Pa的条件下对其表面进行不同时间的刻蚀,利用扫描电子显微镜和激光扫描共聚焦显微镜分析刻蚀时间对木材表面形貌和粗糙度的影响;然后以五氟乙烷和氩气的混合气体在放电功率120 W、工作气压133 Pa的条件下将低表面能的碳氟薄膜等离子体化学气相沉积在刻蚀后的木材表面以制备具有超疏水性的木材,利用接触角测量仪、扫描电子显微镜和X-射线光电子能谱仪研究木材表面的润湿性、表面形貌、元素组成及其化学环境,同时利用椭圆偏振光谱仪测量不同沉积时间下的薄膜厚度。【结果】刻蚀时间小于30 min时,木材表面的平均粗糙度(Sa)、均方面光洁度(Sq)和最大高低差(Sz)均随着刻蚀时间增加逐渐增大,而当刻蚀时间延长至45 min时,木材表面的平均粗糙度略有减小;当沉积碳氟薄膜的时间固定为40 s时,刻蚀时间对木材表面静态接触角的影响并不明显,但滚动角则随着刻蚀时间增加逐渐减小,且顺纹方向的滚动角均小于横纹方向;未刻蚀木材表面的静态接触角随着薄膜沉积时间增加逐渐减小,水滴与木材表面之间均表现出较强的黏附性;椭圆偏振光谱仪测量表明,薄膜厚度随沉积时间增加线性增大;刻蚀时间固定为15 min或45 min时,增加碳氟薄膜沉积时间对木材表面静态接触角的影响并不明显,但滚动角均随沉积时间增加呈先减小后增大的趋势;刻蚀45 min并沉积碳氟薄膜40 s的木材样品,其静态接触角高达160.6°±0.4°,沿顺纹和横纹方向具有最小滚动角,分别为11.5°±1.2°和14.7°±2.5°;XPS分析显示,木材表面沉积碳氟薄膜后F元素含量接近50%,薄膜中富含—C—CF_x基团及—CF_3、—CF_2和—CF等碳氟基团,说明所沉积的薄膜发生了高度交联。【结论】木材表面经等离子体刻蚀并沉积低表面能的碳氟薄膜不但可以制备出具超疏水性的表面(静态接触角θ大于150°),同时所制备的木材具有较小的滚动角,可以有效防止水滴黏附于木材表面。     

TMCS等离子体对西南桦木材表面的修饰

为了使西南桦木材表面具备疏水性能,在等离子体环境下以三甲基氯硅烷(TMCS)为单体对其进行了表面修饰,并采用FTIR-ATR、XPS、SEM和静态接触角等手段对改性前后的表面性能进行了分析和表征。结果表明:T MCS与木材表面发生了硅烷化反应,引入了甲硅烷基,Si元素含量达到了22.82%;修饰后的木材表面形成了均匀的颗粒状结构,疏水性和疏水稳定性得到了明显提高;随着处理功率的增加,接触角呈现逐渐减小的趋势。     

纳米TiO_2处理木材的表面疏水性能初探

为改善木材的疏水性能,先采用二氧化钛(TiO2)溶胶进行处理,再分别用低表面能物质硬脂酸、十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)进行改性处理。结果表明,改性试样表面负载有纳米级TiO2颗粒,表面修饰了低表面能物质;改性试样的水接触角较未处理材大幅提高;HDTMS比硬脂酸显示出更优良的疏水性能。     

利用早材和晚材构筑木材不均匀润湿性表面研究

利用水热法在木材表面沉积纳米氧化锌颗粒,从而达到不均匀润湿性木材表面构筑的目的.借助加工后木材早材和晚材的差异,氧化锌在木材表面进行选择性修饰,制备出亲水-疏水不均匀润湿性表面.采用环境扫描电子显微镜对木材样品的形貌进行表征,通过X射线能谱仪(EDS)表征样品元素的分布情况,采用X射线衍射仪分析样品的晶体结构,利用傅里...     

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。     

马尾松热处理木材的表面特性研究

以马尾松（Pinus massoniana）为研究对象,分别在 180, 200, 220 ℃条件下对其进行水蒸气 热处理 1, 3, 5 h。借助干燥器法测试不同温度热处理材的甲醛吸附量变化,利用程序升温化学吸附法、 比表面积测试以及表面接触角方法探索不同温度处理的热处理材表面特性的变化规律。结果表明：与未 热处理的素材相比,（1）热处理后的木材甲醛吸附性能得到改善,经 180 ℃、 1 h 处理后的木材甲醛吸附 性能最好,且随处理温度升高、时间延长,甲醛吸附性能降低,总体呈降低趋势;（2）热处理木材对甲 醛的吸附不仅是物理吸附,还存在化学吸附;（3）不同温度处理后,木材的比表面积均减小;（4）经热 处理后,极性的蒸馏水在木材表面的接触角较素材大且热处理的温度越高、表面接触角越大,而非极性 的二碘甲烷在其表面的接触角变化趋势相反。     

无机质复合速生材研究现状与展望

速生人工林种植面积大,生长周期短,在取代天然林资源方面具有得天独厚的产量优势,但存在结构疏松、密度小、强度低等缺陷,导致其使用范围大受限制。使用无机材料对人工速生材进行改性处理可有效提高速生材性能和用途。文中简要总结无机质复合木材制备方法——扩散法、溶胶—凝胶法和真空浸渍法,以及无机材料改性处理对速生木材在力学性能、尺寸稳定性、阻燃性、表面疏水性和表面耐候性方面的改善,以期为人工林速生材无机材料改性提供技术参考。     

不同硅烷偶联剂对木材润湿性的影响

木材含有大量亲水基团,为多孔性材料,极易受到水分的影响,再加上木材本身属于有机高分子材料,易受微生物侵染。为减少水分给木材带来的不利影响,提高木材利用率,需对木材进行特殊处理,从而阻止大量水分进入木材。将纳米SiO2和纳米TiO2复合,并利用不同硅烷偶联剂对复合后的纳米颗粒进行改性处理,通过分析表面形貌、化学结构、表面润湿性等,考察处理后木材的疏水性。结果表明：经硅烷偶联剂KH550处理后的木材,疏水效果最好。处理材横切面的接触角高达146.1°,其他两个切面也均达到疏水效果。     

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。     

基于玫瑰花瓣褶皱微表面特性仿生构筑疏水竹材的研究

本研究利用软印刷法以不同浓度的聚乙烯醇（PVA）为弹性印章,以新鲜红玫瑰花为模板,经过二次复形将玫瑰花表面微纳褶皱结构转印到竹材表面,制备得到具有类玫瑰花表面微观结构的疏水竹材。试样表面利用扫描电子显微镜（SEM）及水接触角进行检测,结果显示类玫瑰花竹材样品具有乳突状和凹槽状微纳米结构的粗糙褶皱表面。研究发现,以10% PVA为模板复形的竹材表面水接触角接近于新鲜玫瑰花瓣表面的水接触角数值,展现出良好的疏水特性。     

环氧亚麻油-棕榈蜡复合乳液的制备及处理材的疏水性

为改善木材表面的疏水性能,以环氧亚麻油与棕榈蜡制备的复合乳液用于青杨(Populus cathayana Rehd.)试样常压浸渍处理,考察环氧亚麻油与棕榈蜡的配比及亲水亲油平衡值(HLB值)对复合乳液稳定性和粒径的影响,并评价复合乳液处理材的疏水性。结果表明,当环氧亚麻油/棕榈蜡配比为3:7、复合乳液的HLB值为17.0时,复合乳液的平均粒径为223.5 nm,离心稳定性达1级;处理材横切面与弦切面30 s内的接触角达到119.2°和105.8°,流失率为6.1%,对提高木材表面疏水性能具有实际应用意义。