木材表面纳米TiO_2疏水薄膜的构筑及其耐光老化性能研究

【摘要】近年来,木材作为一种天然生长的有机材料与无机纳米粒子结合形成木材无机纳米复合材料的研究取得了相当的进展。为阻止水分的入侵以及阻挡太阳光中紫外线对木材的侵害,本研究采用溶胶-凝胶法常温条件下在木材表面构筑纳米Ti02薄膜,而后修饰低表面能物质硬脂酸或HDTMS(十六烷基三甲氧基硅烷),使木材表面由亲水性变为疏水性,同时利用Ti02优良的紫外线吸收能力,提高木材的耐光老化性能,以获得具备疏水兼紫外线防护性能的功能性木材。利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线能谱仪(EDX)以及傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)对处理木材进行形貌、结构及化学组成表征,并测试其疏水及抗光变色性能。结果表明：1)扫描电镜及X射线能谱分析表明采溶胶-凝胶法可成功的在木材表面组装粒径范围为60-150nm的纳米TiO2薄膜,并与木材固有的微观结构共同形成微纳米二级粗糙结构。傅立叶变换红外光谱测试表明疏水剂(硬脂酸或HDTMS)与纳米Ti02表面的-OH发生了化学反应,其烷烃长链成功嫁接于木材表面,从而赋予木材良好的疏水性能。且纳米Ti02表面修饰烷烃硅氧烷HDTMS的吸收峰强度增加更加明显。2)疏水剂与纳米Ti02共同处理可以使木材由亲水性变为强疏水性。随着Ti02浓度的提升,仅经过二氧化钛处理的木材试样的疏水性,呈直线上升趋势。纳米Ti02浓度大于1%后,其接触角稳定在110。左右。低表面能物质(硬脂酸以及HDTMS)修饰后,木材表面的接触角得到提高。对于仅通过硬脂酸来处理的木材试样,木材的接触角保持在127。左右,而经过二氧化钛以及硬脂酸共同处理的木材试样的疏水度稳定保持在133°左右,最高可达138°。仅经过HDTMS处理的木材试样的接触角维持在135°左右。经过二氧化钛处理后再经过HDTMS处理的试样,其接触角稳定保持在140°左右。数据分析得出,与仅经过纳米粒子处理相比,二氧化钛和疏水剂共同作用可将试样疏水效果提高40%；HDTMS比硬脂酸表现出更优良的疏水性能。究其原因,是因为HDTMS与无机纳米粒子间形成共价键,而硬脂酸与无机纳米粒子主要以氢键结合。3)吸水性实验中,未经过处理试样在浸泡在水中,增重率迅速提升至60%左右。并且随着浸泡时间的延长,其增重率也逐步明显上升。在50h之前,仅采用二氧化钛溶胶处理后试材拥有与经过硬脂酸丙酮溶液处理后试样相类似的吸水率,但经过50h之后,其吸水率迅速上升,最高达到150%左右。无论经过纳米二氧化钛以及硬脂酸或者HDTMS共同处理的试样,从始至终都呈现出较低的吸水能力,但没有达到超疏水要求。通过数据分析发现,经过HDTMS乙醇溶液处理后的复合材料的吸水性要相对于硬脂酸丙酮溶液处理的复合材料低。同样的情况也可以从接触角实验中发现。4)木材表面引入纳米TiO2提高了其抗光变色性能,随着TiO2浓度的增加,木材表面负载越多的纳米颗粒,其屏蔽紫外线的能力越强,木材颜色稳定性更好。经5%质量分数TiO2溶胶处理的木材抗光变色效果最佳,在经过120h加速光老化后,其总色差值(△E*)仅为对照试样的45%。
【作者】刘思辰；
【导师】徐剑莹；刘君良；
【作者基本信息】中南林业科技大学，木材科学与技术，2014，硕士
【关键词】木材改性；纳米TiO2；疏水性；抗光变色；

【参考文献】
[1]乔玉伟.HSK考试词汇研究[D].黑龙江大学,汉语国际教育,2012,硕士.
[2]涂文博.边坡微型抗滑桩群空间分析理论研究[D].西南交通大学,岩土工程,2013,硕士.
[3]王海瑞.产品内分工下的贸易附加值研究[D].华中科技大学,国际贸易学,2012,硕士.
[4]徐立.行人流中KdV方程的应用[D].宁波大学,应用数学,2013,硕士.
[5]刘勇.不同时期肝硬化中医证型与肝脏超微结构改变的相关性研究[D].广州中医药大学,中医学（专业学位）,2013,硕士.
[6]李敬宇.行业协会网络特征、知识吸收与企业创新绩效的关系研究[D].西南财经大学,企业管理,2013,博士.
[7]王健,金浩,梁慧超.我国商业银行效率分析——基于超效率DEA和Malmquist指数[J].技术经济与管理研究,2011,04:124-127.
[8]于梁.同时利用戊糖己糖产乙醇E.coli工程菌的构建[D].吉林大学,微生物与生化药学,2014,硕士.
[9]刘沈衡,朱春生.维纳滤波在多层密度界面重力资料解释中的应用[J].石油地球物理勘探,1993,06:714-720+770.
[10]赵秀兰,李文雄.氮磷水平和播期对春小麦籽粒灌浆期降落数值动态变化的影响[J].植物生态学报,2006,02:344-351.
[11]李艳婷.河南艺术职业学院人才培养问题研究[D].郑州大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[12]薛丹.脉冲电化学氧化法降解活性艳蓝KN-R机理的研究[D].华中科技大学,环境工程,2013,硕士.
[13]赵燕茹.护理人员绩效管理与自律性相关研究[D].山西医科大学,护理学,2013,硕士.
[14]向金金.预期后悔对网上冲动性购买行为影响的实证研究[D].西南交通大学,企业管理,2014,硕士.
[15]于建辉.新型咪唑啉酸洗缓蚀剂配方及性能研究[D].大连理工大学,化学工程,2004,硕士.
[16]刘赞云.基于三层结构的药品销售管理系统的设计与实现[D].河北科技大学,计算机技术,2014,硕士.
[17]尹健.我国行政案例指导制度完善研究[D].山东大学,宪法学与行政法学,2013,硕士.
[18]徐英杰.北京焦庄户历史文化名村保护与利用研究[D].北京建筑大学,建筑设计及其理论,2013,硕士.
[19]石国贤.抗日战争时期云南大学工学院办学历史考察[J].云南农业大学学报(社会科学),2015,01:110-115.
[20]刘军.查干凹陷苏红图组二段油气成藏机理研究[D].成都理工大学,矿产普查与勘探,2013,硕士.
[21]张啸宇.Web Server性能分析工具日志管理模块的设计与实现[D].南京大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[22]褚倩倩.我国军工企业集团资本结构优化与最优策略研究[D].山东财经大学,国防经济学,2012,硕士.
[23]毛健,杨万宏,汪武祥,邹金文,周瑞发.粉末高温合金颗粒界面及断裂研究[J].金属学报.1993(04)
[24]黎智洪.从管理到治理：我国城市社区管理模式转型研究[D].西南大学,公共管理（专业学位）,2014,硕士.
[25]郑芸.重庆市城镇化发展与产业结构演变关系研究[D].重庆大学,技术经济及管理,2014,硕士.
[26]李卫芬,郑佳佳,张小平,邓斌.反硝化酶及其环境影响因子的研究进展[J].水生生物学报,2014,01:166-170.
[27]王红.试论进一步完善青岛供电公司的数据整合[J].现代电力,2004,05:9-15.
[28]张海峰.基于dsPIC30F6014处理器漏水探测仪的设计及实现[D].内蒙古大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[29]张博雅.小学历史教育研究[D].东北师范大学,教育,2012,硕士.
[30]任昊.电冶熔铸钢基复合材料组织及磨损性能研究[D].合肥工业大学,材料加工工程,2004,硕士.
[31]孔亮.五种不同张口位的颞下颌关节三维有限元模型的建立[D].第四军医大学,口腔临床医学,2004,硕士.
[32]杨君锐.快速挖掘最大频繁项目集的新算法[J].长安大学学报(自然科学版),2004,06:102-105.
[33]王颖.《左传》中的盟誓研究[D].西北大学,中国古代文学,2013,硕士.
[34]王彩凤.基于石墨烯复合材料的酶电化学传感器的研究[D].南京理工大学,2010.
[35]张鑫.芪舌饮对胰腺癌术后患者食欲量化标准的观察[D].黑龙江中医药大学,中医内科学（专业学位）,2014,硕士.
[36]逯振飞,周猛飞,夏陆岳,潘海天.基于MHE方法的氯乙烯聚合过程在线参数估计[J].计算机与应用化学,2013,03:297-300.
[37]侯瑜乾.企业环境信息披露的动因分析[D].内蒙古大学,会计,2013,硕士.
[38]于兆鑫.WTO视角下中国稀土出口限制法律问题研究[D].大连海事大学,法律,2013,硕士.
[39]彭学兵.企业知识管理的理论和实践研究[D].武汉理工大学,2002.
[40]邓涵月.国库现金管理优化模型的研究与应用[D].云南财经大学,管理科学与工程,2014,硕士.
[41]尹德国.共情对惩罚公正评价的影响[D].湖南师范大学,应用心理（专业学位）,2014,硕士.
[42]刘芳芳.氧空位对二氧化钛薄膜电子输运性能的影响研究[D].重庆大学,化学,2014,硕士.
[43]王丹丹,曾延波,刘海清,尹争志,李蕾.石墨烯修饰电极分子印迹电化学传感器的研制及其对多巴胺的测定[J].分析测试学报,2013,05:581-585.
[44]吴敏,沈德耀.工厂分布式计算机能源管理及控制系统的数据通信网络设计[J].冶金自动化,1992,04:23-28+57.
[45]陈琼.基于硅点的光学性能和类酶催化性能检测生物分子[D].湖南师范大学,药物分析,2014,硕士.
[46]贡恩东.建筑形象活跃元研究[D].大连理工大学,建筑设计及其理论,2004,硕士.
[47]马泽平.川藏交通廊道冰碛物工程性质研究[D].西南交通大学,道路与铁道工程,2013,硕士.
[48]张亮.双孢蘑菇生长过程中硒与铅的相互作用[D].南京农业大学,食品科学,2012,硕士.
[49]冯继华.野木瓜通络膏治疗膝骨性关节炎的临床研究[D].贵阳中医学院,中医骨伤科学,2012,硕士.
[50]付育才.纳米氧化铜的制备及其性质的研究[D].曲阜师范大学,无机化学,2013,硕士.