湿热环境下大漆涂饰竹材防潮机理研究

摘要

竹材装饰材料具有天然环保、纹理与众不同、调温调湿性能优异的特点，由于竹材材料本身易吸湿、易发霉、易变形特性，竹材装饰材料的应用空间受到限制。大漆是我国历史悠久的一种天然涂料，具有环保耐湿的特点。由于大漆涂饰工艺复杂、大漆干燥慢等特性的局限，大漆涂饰工艺没有在装饰材料上得到应用。如果把竹材和大漆结合起来，既能继承发扬大漆涂饰工艺，又能赋予竹质装饰材料新的内涵，研究意义深远。本论文采用耐湿的大漆涂饰竹材，对竹材进行防潮性能方面的研究。具体研究内容和结果如下: (1)湿热环境下大漆涂饰处理竹材的含水率变化规律 大漆涂饰竹材的平衡含水率小于素材的平衡含水率，说明大漆涂饰处理使得竹材具备防潮能力。大漆涂饰竹材的吸湿含水率随着介质温度和湿度的改变而变化。在同一温度条件下，吸湿含水率随湿度的增大而增大;在同一湿度条件下，随着温度的增大而变小。 大漆刷漆工艺处理的竹材的吸湿性小于擦漆工艺处理的竹材的吸湿性。随着刷漆及擦漆涂饰层数的增加，竹材的吸湿性越小，防潮能力越强。 大漆涂饰竹材的防潮能力最强，水性漆涂饰竹材的防潮能力次之，桐油涂饰竹材的防潮能力最弱。 大涂饰处理方法对毛竹的吸湿性影响最大，防潮能力最强，柞木次之，樟子松最差。 大漆涂饰材料的吸湿率曲线与素材的吸湿率曲线完全不同，说明经过大漆涂饰处理的材料的吸湿机理发生了变化。大漆涂饰处理能够有效地降低竹材的吸湿性，降低竹材的吸湿速度，增强竹材的防潮能力。原因是经过大漆涂饰处理的竹材的吸湿机理发生了变化。生大漆涂饰处理使得竹材表面的孔隙率降低，竹材表面的自由能减少。同时，大漆浸入竹材，对竹材孔隙进行了填充，使得竹材内表面减小，从而大漆涂饰竹材的吸湿性得以降低。 (2)大漆涂饰处理对竹材应用性能的影响 材料尺寸稳定性研究表明，大漆涂饰竹材的尺寸稳定性显著提高，竹材素材及大漆涂饰竹材的吸湿膨胀随着湿度的增加而上升，其弦向吸湿膨胀率大于径向吸湿膨胀率。柞木及樟子松也有相似的结果。大漆涂饰竹材在25℃环境下与素材相比的吸湿膨胀率降低了23.2％、31.7％、17.5％，平均为25％;大漆涂饰竹材在35℃环境下与素材相比的吸湿膨胀率降低了42％、20％、13.7％，平均为25％。 材料表面的水浸润性研究表明，大漆涂饰毛竹竹黄面的水接触角同毛竹竹黄面比可增大1.54倍，桐油涂饰处理的竹黄面的水接触角同毛竹竹黄面比可增大1.60倍。就毛竹、柞木及樟子松三种材料来说，大漆涂饰处理对柞木及毛竹的水接触角影响大，水性漆涂饰对三种材料的水接触角影响最小。 材料表面自由能研究表明，大漆涂饰处理的毛竹竹青面的表面自由能由50.64mJ/m2降至32.71 mJ/m2;毛竹竹黄面的表面自由能由59.82 mJ/m2降至27.33 mJ/m2。 防治混合霉菌及蓝变菌实验结果表明，本研究实验样本的大漆涂饰量小、涂饰工艺简单，在防霉防蓝变效果方面并没有达到预期的防霉防蓝变的效果，原因在于涂饰的大漆漆膜没有把实验样本完全覆盖、与外界环境完全隔绝，霉菌、蓝变菌侵入竹材的通道没有被隔断。 (3)大漆涂饰竹材的微观解剖结构变化 通过ESEM显微观察，发现大漆漆液浸入毛竹结构明显，导管、薄壁细胞中均观察到大漆高聚物的存在。说明大漆可以通过导管、薄壁细胞的纹孔形成高聚物。 利用XCT扫描毛竹素材及大漆涂饰毛竹材，观察大漆在竹材内部分布情况。保留竹材素材自身成分的图像，毛竹素材的导管及纤维束结构得以三维成像。去除竹材自身成分的图像，观察到的高聚物微乎及微;保留涂饰大漆竹材自身成分的图像显示，高聚物浸入到竹材的薄壁细胞。去除涂饰大漆竹材自身成分的图像显示，大漆在竹材中基本呈轴向分布。 研究发现大漆成分可以浸入到薄壁组织细胞及导管，浸透量与大漆的浓度及涂饰量有关。 (4)大漆涂饰竹材的化学结构的变化 大漆涂饰竹材的表面增加了大漆漆膜中的亚甲基、联苯化合物，导致苯环总量的增加。大漆涂饰竹材愈创木基丙烷木质素及木质素碳骨架的C=O减弱，大漆涂饰竹材的半纤维素的乙酰基减弱，大漆涂饰竹材的纤维素及半纤维素的羟基含量减少，竹材的吸湿性降低。 在氧气存在的情况下大漆中漆酶可以对竹材中愈创木基丙烷木质素进行催化氧化反应。漆酶催化氧化愈创木酚，脱去该木酚羟基上的氢离子，导致竹材的木质素裂解，形成苯氧醌，同时分子氧被还原为水。生成的酚氧游离基中间体一方面歧化成醌，另一方面迅速重排为芳基碳游离基，最终生成以碳碳偶联为主的复杂氧化产物。在愈创木酚被漆酶催化氧化过程中，产生了氢离子。而纤维素及半纤维素的游离羟基外面有7个电子包围，具有极强的得电子能力，这意味着氢离子还原游离羟基为水。结果为纤维素及半纤维素上的羟基含量降低，以致大漆涂饰后的竹材吸湿性降低。 竹材经大漆涂饰处理后表面元素氧碳比由O/C比降低，竹材竹青面素材的O/C比为0.31，处理后为0.18;竹材竹黄面素材的O/C比为0.28，处理后为0.17。O/C比下降表明试样表面润湿性能降低，大漆涂饰竹材具有良好的防潮能力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 竹材吸湿性

1．2．2 竹材尺寸稳定性

1．2．3 竹木材尺寸稳定性改进技术

1．2．4 涂料涂饰木质材料

1．2．5 大漆

1．2．6 大漆的研究

1．3 研究目的及意义

1．4 论文研究的主要内容

1．4．1 湿热环境下大漆涂饰竹材的吸湿性变化规律

1．4．2 大漆涂饰竹材的应用性能评价

1．4．3 大漆涂饰竹材的防潮机理研究

1．5 研究技术路线

第二章 湿热环境下大漆涂饰处理竹材的防潮性能

2．1 引言

2．2 材料和方法

2．2．1 材料

2．2．2 涂饰处理方法

2．2．3 竹材含水率测试方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 不同涂料不同涂饰工艺对毛竹吸湿性的影响

2．3．2 大漆、桐油及水性漆涂饰方法对柞木吸湿性的影响

2．3．3 大漆、桐油及水性漆涂饰方法对樟子松吸湿性的影响

2．3．4 大漆对毛竹、柞木及樟子松防潮能力的比较

2．3．5 大漆、桐油及水性漆涂饰竹木材的含水率随时间的关系

2．4 本章结论

第三章 大漆涂饰竹材的应用性能

3．1 引言

3．2 材料和方法

3．2．1 材料

3．2．2 方法

3．3 结果与分析

3．3．1 大漆涂饰处理对竹材尺寸稳定性的影响

3．3．2 大漆涂饰竹材表面性能变化

3．3．3 大漆涂饰竹材的防霉防蓝变性能

3．4 本章结论

第四章 大漆涂饰竹材的物理结构变化

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．3 结果与分析

4．3．1 毛竹素材与大漆涂饰竹材显微形态的比较

4．3．2 毛竹素材及大漆涂饰竹材Micro-CT三维立体图

4．4 本章结论

第五章 大漆涂饰竹材的化学结构变化

5．1 引言

5．2 实验材料及方法

5．2．1 材料

5．2．2 方法

5．3 结果与分析

5．3．1 大漆涂饰竹材、柞木及樟子松表面元素的构成

5．3．2 毛竹材竹青面经大漆涂饰前后表面C1s图谱分析

5．3．3 毛竹材竹黄面经大漆涂饰前后表面C1s图谱分析

5．3．4 柞木经大漆涂饰前后表面C1s图谱分析

5．3．5 樟子松经大漆涂饰前后表面C1s图谱分析

5．3．6 小结

5．3．7 大漆涂饰竹材竹青面的红外光谱分析

5．3．8 大漆涂饰竹材竹黄面的红外光谱分析

5．3．9 大漆涂饰樟子松的红外光谱分析

5．3．10 大漆涂饰柞木的红外光谱分析

5．3．11 小结

5．4 本章结论

第六章 总结论及展望

6．1 大漆涂饰竹材防潮能力

6．1．1 湿热环境下大漆涂饰竹材的含水率变化规律

6．1．2 大漆、桐油及水性漆的防潮能力

6．1．3 大漆涂饰工艺对大漆涂饰竹材防潮能力的影响

6．1．4 大漆、桐油及水性漆对涂饰竹材防潮能力的比较

6．1．5 大漆涂饰对竹材、柞木及樟子松三种材料防潮能力的比较

6．1．6 在25℃／75％环境下大漆涂饰竹材含水率同时间的变化规律

6．1．7 大漆涂饰竹材防潮能力的分析

6．2 大漆涂饰竹材的应用性能

6．2．1 大漆涂饰竹材的尺寸稳定性

6．2．2 大漆涂饰处理对竹材的表面水接触角影响

6．2．3 大漆涂饰处理对竹材的表面自由能的影响

6．2．4 防霉性能及防蓝变性能

6．3 大漆涂饰竹材的物理解剖形貌的变化

6．4 大漆涂饰竹材表面的化学结构变化

6．4．1 大漆涂饰竹材表面官能团变化

6．4．2 大漆涂饰竹材防潮机理分析

6．5 展望

参考文献

导师简介

在读期间的学术研究

致谢