木材表面层积组装有机/无机纳米膜层的制备及性能研究

摘要

本文以杨木为研究对象，采用层层自组装技术，以静电吸附为成膜的推动力，在木材表面组装有机/无机纳米功能膜层。借助聚乙烯亚胺(PEI)和聚苯乙烯磺酸钠(PSS)，将 ZrO2、TiO2、Al2O3和 ZnO等无机纳米粒子成功地负载在木材表面上，形成PEI/PSS/(PEI/ZrO2)n和 PEI/(PSS/TiO2)n等膜层。然后利用1H,1H,2H,2H–全氟癸基三甲氧基硅烷(FAS)对组装后的木材进行修饰，在木材表面形成PEI/PSS/(PEI/ZrO2)n/FAS和PEI/(PSS/TiO2)n/FAS功能膜层。通过扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、接触角测试仪（OCA）、紫外/水喷淋加速老化仪、紫外–可见分光光度计（UV–vis）和热重分析仪（TG）等表征与测试方法，研究了木材表面组装的膜层的微观形貌、元素组成与分布、晶型结构等方面，并分析了处理前后木材试样的润湿性能、耐老化变色性能、以及热稳定性能。
　　本研究主要内容包括：⑴经层层组装处理后，木材表面覆盖了薄的基底膜，木材表面吸附的无机纳米粒子随着组装层数的增加而增多，膜层也越加厚实，能够完全地覆盖住木材表面，膜层均匀平整。⑵通过使用FAS对木材表面组装的PEI/PSS/(PEI/ZrO2)n膜层和PEI/(PSS/TiO2)n膜层进行修饰处理，结果发现木材表面的膜层由亲水性转变为疏水性，组装不同层数的木材试样的初始接触角均在140°以上，并且在60 s内随时间的变化很小，疏水效果比较稳定。⑶紫外/水喷淋加速老化试验结果发现，随着组装层数的增加，木材颜色变化逐渐减小。组装的膜层经过疏水处理后能够进一步减小木材的颜色变化。与未处理材相比，组装 PEI/PSS/(PEI/ZrO2)20/FAS膜层木材的ΔE*变化约降低了67.8%，组装PEI/(PSS/TiO2)20/FAS膜层木材试样的ΔE*变化约降低了56.0%。因此，在木材表面组装有机/无机复合膜层可以减小木材颜色的变化，进而提高了木材的耐老化性能。⑷与未处理材相比，处理后木材的初始降解温度差别不大，最大热分解温度略微降低。因此，通过在木材表面组装有机/无机纳米膜层的方法并不能改善木材的热稳定性能。

目录

1绪论

1.1课题背景

1.2木材表面功能性改良的研究现状

1.3层层自组装技术的发展与应用

1.4本论文的研究意义及内容

2实验材料、仪器与方法

2.1实验材料及药品

2.2实验仪器与设备

2.3实验方法

2.4表征与分析方法

3木材表面有机/无机纳米膜层的制备

3.1引言

3.2实验方案

3.3木材表面组装有机/无机纳米膜层的表征与分析

3.4木材表面组装有机/无机涂层的吸附机理

3.5本章小结

4负载有机/无机纳米膜层木材的性能研究

4.1引言

4.2实验方案

4.3木材表面负载有机/无机纳米膜层的润湿性研究

4.4负载有机/无机纳米膜层木材的耐老化性能研究

4.5负载有机/无机纳米膜层木材的热稳定性研究

4.6本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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