木材-有機(jī)氣凝膠復(fù)合材研究.pdf

1、有機(jī)氣凝膠是由膠體粒子或高聚物分子相互聚結(jié)構(gòu)成納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并在孔隙中充滿(mǎn)氣態(tài)分散介質(zhì)的一種高分散固態(tài)材料。由于其獨(dú)特的納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，氣凝膠還具有最低的熱導(dǎo)率、折射指數(shù)、聲速和最低的電阻率，在保溫、隔音、環(huán)保、催化、吸附和高性能電容等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。木材是天然的多孔性生物材料，木材的空洞尺寸分布很廣，將木材與氣凝膠兩類(lèi)多孔性材料的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，利用氣凝膠結(jié)構(gòu)中納米尺度的無(wú)機(jī)和有機(jī)微粒來(lái)制備木材—無(wú)機(jī)（有機(jī)）納米復(fù)合材料是木材功

2、能性改良的重要途徑之一。將有機(jī)氣凝膠均勻地嵌入木材的細(xì)胞空隙中（細(xì)胞壁空隙及細(xì)胞腔），探討氣凝膠與木材結(jié)合的途徑、方式和機(jī)理，可以有效地解決氣凝膠在實(shí)際應(yīng)用方面存在的一些缺陷;同時(shí)也賦予木材新的功能，使木材功能性改良體現(xiàn)木材和納米材料的雙重優(yōu)點(diǎn)，具有十分誘人的應(yīng)用前景。
　　利用溶膠—凝膠法結(jié)合真空加壓浸注法將有機(jī)氣凝膠導(dǎo)入木材，并采用響應(yīng)面優(yōu)化了試驗(yàn)工藝，將制備的有機(jī)凝膠-木材復(fù)合材利用超臨界流體干燥，使留駐在木材中的有機(jī)體保持

3、納米尺度的氣凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成新型木材—有機(jī)納米氣凝膠復(fù)合材料并對(duì)有機(jī)氣凝膠及有機(jī)氣凝膠-木材復(fù)合材的制備工藝、微觀形貌、結(jié)晶特性、化學(xué)性能及物理力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試分析。論文主要研究結(jié)果如下:
　　(1)通過(guò)對(duì)RF凝膠的凝膠化溫度、催化劑用量和反應(yīng)物濃度之間進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化，可得到擬合度較高的用于RF凝膠凝膠化時(shí)間的預(yù)測(cè)模型:R1=23.22-0.58*A+0.18*B-0.64*C-2.35×10-3*A*B-1.80×10-4*

4、A*C+1.73×10-3*B*C+4.38×10-3*A2-6.07×10-5*B2+1.80×10-2*C2。合適的真空加壓浸注工藝為:壓力0.03MPa，前真空持續(xù)時(shí)間為30min，浸注壓力范圍為0.8MPa，保壓時(shí)間為1.5h，后真空度為0.09MPa，后真空時(shí)間為10min。經(jīng)SEM、XRD、FTIR、TG分析可知，RF氣凝膠-木材復(fù)合具有均勻的網(wǎng)狀填充結(jié)構(gòu)，RF氣凝膠并沒(méi)有改變木材固有的結(jié)晶學(xué)特性，RF氣凝膠與木材不僅有化學(xué)

5、上的結(jié)合，還有物理填充，同時(shí)制備的新型復(fù)合材具有良好的尺寸穩(wěn)定性、優(yōu)良的力學(xué)性能和一定抗紫外老化能力。
　　(2)通過(guò)對(duì)MF凝膠的凝膠化溫度、催化劑用量和反應(yīng)物濃度之間進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化，可得到擬合度較高的用于RF凝膠凝膠化時(shí)間的預(yù)測(cè)模型::R1=45.60-29.75*X1+2.50*X2-13.75*C-2.00*A*B+5.50*A*C+1.50*B*C-0.30*A2+0.20*B2-4.30*C2,制備MF氣凝膠制的最佳試驗(yàn)

6、工藝為反應(yīng)物濃度為8％，pH為1.5和凝膠化溫度為95℃;制備的MF氣凝膠內(nèi)部具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成MF氣凝膠的有機(jī)顆粒大小均勻。采用真空加壓浸注法將MF溶膠填充于木材內(nèi)部并經(jīng)超臨界干燥可得MF氣凝膠-木材復(fù)合材。SEM顯示MF氣凝膠在木材內(nèi)部呈三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，XRD分析結(jié)果表明MF氣凝膠的填充也對(duì)木材的結(jié)晶特性并無(wú)破壞。FT-IR分析表明MF氣凝膠和木材之間可通過(guò)化學(xué)實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，制備的復(fù)合材熱穩(wěn)定性有較大提高。對(duì)MF氣凝膠/木材復(fù)合材

7、的物理力學(xué)性能的檢測(cè)分析表明其具有良好的尺寸穩(wěn)定性、優(yōu)良的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。
　　(3) RMF氣凝膠的合成最佳工藝是:M/R比為4，總濃度為10％，凝膠溫度為95℃。采用真空加壓浸注工藝制備的RMF氣凝膠-木材復(fù)合材的宏觀色澤、結(jié)晶態(tài)和化學(xué)態(tài)與素材楊木較為相似，并且可以較短時(shí)間完成凝膠化反應(yīng)，有利于復(fù)合材的制備，由于RMF氣凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和低導(dǎo)熱系數(shù)，使RMF/木材復(fù)合材具有良好的絕熱性和隔聲性。
　　(4)將制備的Ti

8、O2、SiO2無(wú)機(jī)溶膠和MF有機(jī)溶膠僅采用物理混合可實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)納米材料摻雜MF有機(jī)氣凝膠的制備。經(jīng)采用SEM、XRD、FTIR和TG表征分析表明，無(wú)機(jī)納米粒子也原位形成于MF氣凝膠內(nèi)部。將在制備的混合溶膠采用真空加壓浸注法填充于木材內(nèi)部可得無(wú)機(jī)摻雜MF有機(jī)氣凝膠-木材復(fù)合材料。經(jīng)過(guò)SEM、XRD、FTIR和TG表征分析，可知TiO2呈分散狀填充與木材內(nèi)部，而SiO2通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互穿而形成于木材內(nèi)部。經(jīng)采用十八烷基三氯硅烷改性，即可制備具有超疏