基于季铵化微纳米二氧化硅的竹材改性研究

发布时间：2020-11-22 07:21

　　 本研究提出将季铵盐基团负载在纳米Si O2上制得季铵化微纳米Si O2,将产物用于酚醛树脂、竹材及竹质板材的改性,通过多种实验手段评价改性对竹材耐腐性、防霉性、防变色、胶合性能、疏水性、耐热性、力学性能等的影响。主要研究结论如下:(1)合成了QASN-1、QASN-2两种季铵化微纳米Si O2改性剂。核磁共振谱、红外光谱表明两种合成方法均制得了季铵化微纳米Si O2。产物的Zeta电位值由改性前的负值变化到正值,原因是改性后的纳米粒子表面负载了带正电荷的季铵盐基团。粒径测定结果表明改性后粒子的分散性改善明显。(2)抑菌圈实验表明季铵化微纳米Si O2对试菌的抑制效果强弱顺序为:密粘褶菌桔青霉串珠镰刀菌链格孢菌绿色木霉彩绒革盖菌黑曲霉可可球二孢。防霉防变色实验表明:(1)改性的竹材随着添加浓度的增加,防霉防变色性能增强。QASN-1改性后的竹材对串珠镰刀菌防治能力最强,QASN-2改性后的竹材对桔青霉防治能力最强。(2)改性后竹束单板层积材早期对桔青霉有抑制效果;对串珠镰刀菌的抑菌效果要相对长;浸胶前处理效果要好于浸胶后处理。室内耐腐实验表明改性后竹材耐褐腐等级强于耐白腐等级,改性后竹材耐褐腐等级均为强耐腐;浓度5%的QASN-1、QASN-2改性后竹材耐腐等级分别为强耐腐、稍耐腐。抑菌性QASN-1QASN-2,因为QASN-1粒径小于QASN-2,所带净电荷大于QASN-2,因此表现出更高的抗菌性。(3)电镜图表明纳米粒子在竹材各个部位分布较均匀,颗粒径级在40~50nm之间。接触角测试表明季铵化微纳米Si O2改性后竹材平均接触角在90°~140°,表现为疏水性;改性后近竹黄面的疏水性好于近竹青面,原因是近竹黄面组织结构疏松,有利于改性液的渗透和吸收;QASN-1处理后的竹块表面疏水性略好于QASN-2处理的。改性后竹束单板层积材的疏水性有一定程度改善。研究表明改性后的竹材表面,硅烷提供了低的表面能,纳米Si O2在竹材表面形成的微纳二级粗糙结构,两个因素的结合构成了改性后竹材表面的疏水性。(4)红外光谱测试表明改性后的PF固化产物存在硅氧桥的连接方式,固化产物更稳定。热重测试表明在热分解的不同阶段,改性后的样品最快失重速率对应的温度升高了约5~30℃,在800℃时的失重率减少,耐热性随改性剂添加量增大而增强;QASN-2对PF耐热性提高好于QASN-1。利用环境扫描电镜和荧光显微镜研究了改性前后竹材胶合界面,实验结果表明改性后胶合界面的渗透深度略有减小。QASN-1在浸胶前处理对竹束单板层积材力学性能存在不利影响,浸胶后处理提高了板材的力学性能,原因是QASN-1的疏水性较好,所以在浸胶前处理时会影响胶粘剂的渗透;QASN-2对板材力学性能影响不显著。(5)改性后竹粉的红外光谱图表明,竹材中部分羟基与纳米Si O2粒子发生化学结合,生成了Si-O-Si共价键。改性后竹粉的热分解温度提高了13~25℃、峰值温度提高了约15~20℃、失重率减少约2.48%~4.3%。说明改性抑制了竹粉的热分解,纳米Si O2在热分解后期作为不能分解的无机物增加了样品的残炭率。锥形量热仪测试表明:改性竹材HRR略低于未处理材,pk HRR出现时间比未改性的晚15~40s;改性后的竹束单板层积材HRR、pk HRR均减小,有一定的阻燃效果。
【学位单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S781.9
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 竹材改性研究进展
        1.2.1 竹材防霉防腐研究现状
        1.2.2 竹材超疏水改性研究
        1.2.3 竹材阻燃处理研究
        1.2.4 纳米材料在竹木材改性中的应用
2研究进展'>    1.3 纳米SiO₂研究进展
2的性质'>        1.3.1 纳米SiO₂的性质
2的应用'>        1.3.2 纳米SiO₂的应用
2的改性方法'>        1.3.3 纳米SiO₂的改性方法
    1.4 季铵盐类抗菌剂研究进展
        1.4.1 季铵盐抗菌机理研究
        1.4.2 季铵盐改性研究进展
        1.4.3 季铵盐类抗菌剂在木材防护中的应用
    1.5 研究目标和研究内容
        1.5.1 研究目标
        1.5.2 研究内容
        1.5.3 技术路线线
        1.5.4 拟解决的关键问题
        1.5.5 创新点
第二章 季铵化微纳米二氧化硅制备及表征
    2.1 实验材料与方法
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 仪器设备
2的制备'>        2.1.3 季铵化微纳米SiO₂的制备
2的表征'>        2.1.4 季铵化微纳米SiO₂的表征
    2.2 结果与讨论
2的制备原理'>        2.2.1 季铵化微纳米SiO₂的制备原理
        2.2.2 核磁共振波谱分析
        2.2.3 红外光谱分析
        2.2.4 粒子微观形貌分析
        2.2.5 元素分析
        2.2.6 粒径分析
        2.2.7 Zeta电位分析
    2.3 本章结论
第三章 季铵化微纳米二氧化硅防霉防腐性能评价
    3.1 实验材料与方法
        3.1.1 实验材料
        3.1.2 仪器设备
        3.1.3 实验方法
    3.2 结果与讨论
2抑菌性研究'>        3.2.1 季铵化微纳米SiO₂抑菌性研究
2对竹材防霉防变色性能评价'>        3.2.2 季铵化微纳米SiO₂对竹材防霉防变色性能评价
2的竹束单板层积材防霉防变色性能评价'>        3.2.3 添加季铵化微纳米SiO₂的竹束单板层积材防霉防变色性能评价
2对竹材防腐性能评价'>        3.2.4 季铵化微纳米SiO₂对竹材防腐性能评价
    3.3 本章结论
第四章 季铵化微纳米二氧化硅改性竹材的润湿性
    4.1 实验材料与方法
        4.1.1 实验材料
        4.1.2 仪器设备
        4.1.3 实验方法
    4.2 结果与讨论
2改性竹材表面微观形态研究'>        4.2.1 季铵化微纳米SiO₂改性竹材表面微观形态研究
2改性竹材表面润湿性研究'>        4.2.2 季铵化微纳米SiO₂改性竹材表面润湿性研究
2竹束单板层积材表面润湿性研究'>        4.2.3 添加季铵化微纳米SiO₂竹束单板层积材表面润湿性研究
    4.3 本章结论
第五章 季铵化微纳米二氧化硅对竹材胶合性能的影响
    5.1 实验材料及方法
        5.1.1 实验材料
        5.1.2 仪器设备
        5.1.3 实验方法
    5.2 结果与讨论
2对酚醛树脂化学结构的影响'>        5.2.1 季铵化微纳米SiO₂对酚醛树脂化学结构的影响
2对酚醛树脂耐热性的影响'>        5.2.2 季铵化微纳米SiO₂对酚醛树脂耐热性的影响
2对竹材/酚醛树脂胶合界面的影响'>        5.2.3 季铵化微纳米SiO₂对竹材/酚醛树脂胶合界面的影响
2竹束单板层积材力学性能评价'>        5.2.4 添加季铵化微纳米SiO₂竹束单板层积材力学性能评价
    5.3 本章结论
第六章 季铵化微纳米二氧化硅改性竹材阻燃性
    6.1 实验材料与方法
        6.1.1 实验材料
        6.1.2 仪器设备
        6.1.3 实验方法
    6.2 结果与讨论
        6.2.1 改性后竹材的化学结构变化
2对竹材热解性的影响'>        6.2.2 季铵化微纳米SiO₂对竹材热解性的影响
2对竹材燃烧性能的影响'>        6.2.3 季铵化微纳米SiO₂对竹材燃烧性能的影响
2竹束单板层积材燃烧性能评价'>        6.2.4 添加季铵化微纳米SiO₂竹束单板层积材燃烧性能评价
    6.3 本章结论
第七章 结论
参考文献
附录
在读期间的学术研究
致谢

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 陈和生;孙振亚;邵景昌;;八种不同来源二氧化硅的红外光谱特征研究[J];硅酸盐通报;2011年04期

本文编号：2894334