溶胶凝胶法制备超疏水木材及其结构与性能表征

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1、分类号S781密级公开UDC学位论文溶胶凝胶法制备超疏水木材及其结构与性能表征FabricationofSuperhydrophobicWoodSurfacesviaSol-GelProcessandtheStructureandProperties常焕君指导教师姓名王小青副研究员申请学位级别工学硕士专业名称木材科学与技术研究方向木材纳米改性论文提交日期2015年5月论文答辩日期2015年6月学位授予日期2015年7月答辩委员会主席评阅人北京·中国林业科学研究院学位论文溶胶凝胶法制备超疏水木材及其结构与性能表征学位论文作者常焕君指导教师姓名王小青副研究员申请学位级别工学硕士

2、专业名称木材科学与技术研究方向木材纳米改性论文答辩日期2015年6月中国·北京DissertationfortheDegreeFabricationofSuperhydrophobicWoodSurfacesviaSol-GelProcessandtheStructureandPropertiesCandidate:ChangHuanjunSupervisor:WangXiaoqingAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:WoodScienceandTechnologyDateofDefence:2015.6Degree-con

3、ferring-institution:ChineseAcademyofForestry独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研巧工作及取得的研究成。，果尽我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方外论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得本研究生培养单位或其它教育机构的学位或证书一而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名；／日期如ｆ年／月日／＞＾学位论文脈权使用授权书本学位论文作者完全了解中国林业科学研巧院有关保留、使用学位论文的

4、规定，中国林业科学研究院有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权中国林业科学研究院可将学位论文的全部或部分内容编入１有关数据库进行检索，可＾采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授枚书）学位论文作者签名：导师签名：＞年月曰年月、曰度／扣；＾〇《学位论文作者毕业联系方式工作单位：联系电话：电子邮件：通讯地址、邮编：摘要木材表面构建超疏水涂层，可以有效抑制液态水对木材的侵入，从而避免木材因吸水而导致的尺寸不稳定以及生物降解等问题。本研究基于“

5、荷叶效应”仿生原理，在木材本身固有的微米级粗糙结构基础上，采用溶胶凝胶法利用无机纳米粒子SiO2和低表面能物质对木材表面的微观结构和化学组成进行调控，构建微/纳米多尺度粗糙结构，并进行疏水化处理，从而得到超疏水木材。论文主要研究内容及结论如下：1.采用经典的Stöber法合成硅溶胶，并对木材进行浸渍涂膜处理，然后辅以十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）低表面能处理，制备超疏水木材；采用傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）、能量色散X射线分析系统（EDXA）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）分析木材表面化学组成和微观形貌，并采用水接触角评价木材表面疏水性能。结果表明，直径约50n

6、m的球形SiO2纳米粒子均匀沉积在木材细胞腔表面，HDTMS的疏水烷基长链成功接枝于木材表面，二者共同作用使木材由亲水性转变为疏水性。木材横切面具有超疏水特性，接触角达到150°，而纵切面接触角只有141°，主要是因为附着的SiO2纳米粒子仅仅平铺在木材细胞腔表面，没有相互聚集形成足够的粗糙结构。2.采用正硅酸乙酯（TEOS）作为前驱体、HDTMS作为改性剂，通过溶胶凝胶过程合成疏水性硅溶胶，然后对木材进行浸渍涂膜处理得到超疏水木材；调节硅溶胶中HDTMS的含量，控制SiO2纳米粒子的聚集程度；采用透射电子显微镜（TEM）和FTIR观测纳米粒子表面形貌和化学组成，采用FES

7、EM观察木材表面微观形貌，并采用水接触角评价木材表面疏水性能。结果表明，HDTMS不仅作为疏水剂降低了木材的表面自由能，还作为粘结剂使纳米粒子聚集形成更丰富的粗糙结构；当HDTMS含量达到一定临界值时，SiO2纳米粒子聚集形成的纳米级粗糙结构与木材本身拥有的微米级粗糙结构共同形成微/纳米多级粗糙结构，二者共同作用赋予了木材超疏水特性。此外，木材表面的超疏水薄膜具有良好的抵抗酸碱侵蚀的能力以及吸水/吸湿耐久性。3．以聚二甲基硅氧烷（PDMS）‒SiO2纳米粒子复合乳液为成膜溶液，在非均质木材表面制备了有机‒无机复合超