發(fā)布時間：2020-11-22 07:21

　　 本研究提出將季銨鹽基團負載在納米Si O2上制得季銨化微納米Si O2,將產物用于酚醛樹脂、竹材及竹質板材的改性,通過多種實驗手段評價改性對竹材耐腐性、防霉性、防變色、膠合性能、疏水性、耐熱性、力學性能等的影響。主要研究結論如下:(1)合成了QASN-1、QASN-2兩種季銨化微納米Si O2改性劑。核磁共振譜、紅外光譜表明兩種合成方法均制得了季銨化微納米Si O2。產物的Zeta電位值由改性前的負值變化到正值,原因是改性后的納米粒子表面負載了帶正電荷的季銨鹽基團。粒徑測定結果表明改性后粒子的分散性改善明顯。(2)抑菌圈實驗表明季銨化微納米Si O2對試菌的抑制效果強弱順序為:密粘褶菌桔青霉串珠鐮刀菌鏈格孢菌綠色木霉彩絨革蓋菌黑曲霉可可球二孢。防霉防變色實驗表明:(1)改性的竹材隨著添加濃度的增加,防霉防變色性能增強。QASN-1改性后的竹材對串珠鐮刀菌防治能力最強,QASN-2改性后的竹材對桔青霉防治能力最強。(2)改性后竹束單板層積材早期對桔青霉有抑制效果;對串珠鐮刀菌的抑菌效果要相對長;浸膠前處理效果要好于浸膠后處理。室內耐腐實驗表明改性后竹材耐褐腐等級強于耐白腐等級,改性后竹材耐褐腐等級均為強耐腐;濃度5%的QASN-1、QASN-2改性后竹材耐腐等級分別為強耐腐、稍耐腐。抑菌性QASN-1QASN-2,因為QASN-1粒徑小于QASN-2,所帶凈電荷大于QASN-2,因此表現出更高的抗菌性。(3)電鏡圖表明納米粒子在竹材各個部位分布較均勻,顆粒徑級在40~50nm之間。接觸角測試表明季銨化微納米Si O2改性后竹材平均接觸角在90°~140°,表現為疏水性;改性后近竹黃面的疏水性好于近竹青面,原因是近竹黃面組織結構疏松,有利于改性液的滲透和吸收;QASN-1處理后的竹塊表面疏水性略好于QASN-2處理的。改性后竹束單板層積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,納米Si O2在竹材表面形成的微納二級粗糙結構,兩個因素的結合構成了改性后竹材表面的疏水性。(4)紅外光譜測試表明改性后的PF固化產物存在硅氧橋的連接方式,固化產物更穩(wěn)定。熱重測試表明在熱分解的不同階段,改性后的樣品最快失重速率對應的溫度升高了約5~30℃,在800℃時的失重率減少,耐熱性隨改性劑添加量增大而增強;QASN-2對PF耐熱性提高好于QASN-1。利用環(huán)境掃描電鏡和熒光顯微鏡研究了改性前后竹材膠合界面,實驗結果表明改性后膠合界面的滲透深度略有減小。QASN-1在浸膠前處理對竹束單板層積材力學性能存在不利影響,浸膠后處理提高了板材的力學性能,原因是QASN-1的疏水性較好,所以在浸膠前處理時會影響膠粘劑的滲透;QASN-2對板材力學性能影響不顯著。(5)改性后竹粉的紅外光譜圖表明,竹材中部分羥基與納米Si O2粒子發(fā)生化學結合,生成了Si-O-Si共價鍵。改性后竹粉的熱分解溫度提高了13~25℃、峰值溫度提高了約15~20℃、失重率減少約2.48%~4.3%。說明改性抑制了竹粉的熱分解,納米Si O2在熱分解后期作為不能分解的無機物增加了樣品的殘?zhí)柯省ｅF形量熱儀測試表明:改性竹材HRR略低于未處理材,pk HRR出現時間比未改性的晚15~40s;改性后的竹束單板層積材HRR、pk HRR均減小,有一定的阻燃效果。
【學位單位】：中國林業(yè)科學研究院
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：S781.9
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 竹材改性研究進展
        1.2.1 竹材防霉防腐研究現狀
        1.2.2 竹材超疏水改性研究
        1.2.3 竹材阻燃處理研究
        1.2.4 納米材料在竹木材改性中的應用
2研究進展'>    1.3 納米SiO₂研究進展
2的性質'>        1.3.1 納米SiO₂的性質
2的應用'>        1.3.2 納米SiO₂的應用
2的改性方法'>        1.3.3 納米SiO₂的改性方法
    1.4 季銨鹽類抗菌劑研究進展
        1.4.1 季銨鹽抗菌機理研究
        1.4.2 季銨鹽改性研究進展
        1.4.3 季銨鹽類抗菌劑在木材防護中的應用
    1.5 研究目標和研究內容
        1.5.1 研究目標
        1.5.2 研究內容
        1.5.3 技術路線線
        1.5.4 擬解決的關鍵問題
        1.5.5 創(chuàng)新點
第二章 季銨化微納米二氧化硅制備及表征
    2.1 實驗材料與方法
        2.1.1 實驗材料
        2.1.2 儀器設備
2的制備'>        2.1.3 季銨化微納米SiO₂的制備
2的表征'>        2.1.4 季銨化微納米SiO₂的表征
    2.2 結果與討論
2的制備原理'>        2.2.1 季銨化微納米SiO₂的制備原理
        2.2.2 核磁共振波譜分析
        2.2.3 紅外光譜分析
        2.2.4 粒子微觀形貌分析
        2.2.5 元素分析
        2.2.6 粒徑分析
        2.2.7 Zeta電位分析
    2.3 本章結論
第三章 季銨化微納米二氧化硅防霉防腐性能評價
    3.1 實驗材料與方法
        3.1.1 實驗材料
        3.1.2 儀器設備
        3.1.3 實驗方法
    3.2 結果與討論
2抑菌性研究'>        3.2.1 季銨化微納米SiO₂抑菌性研究
2對竹材防霉防變色性能評價'>        3.2.2 季銨化微納米SiO₂對竹材防霉防變色性能評價
2的竹束單板層積材防霉防變色性能評價'>        3.2.3 添加季銨化微納米SiO₂的竹束單板層積材防霉防變色性能評價
2對竹材防腐性能評價'>        3.2.4 季銨化微納米SiO₂對竹材防腐性能評價
    3.3 本章結論
第四章 季銨化微納米二氧化硅改性竹材的潤濕性
    4.1 實驗材料與方法
        4.1.1 實驗材料
        4.1.2 儀器設備
        4.1.3 實驗方法
    4.2 結果與討論
2改性竹材表面微觀形態(tài)研究'>        4.2.1 季銨化微納米SiO₂改性竹材表面微觀形態(tài)研究
2改性竹材表面潤濕性研究'>        4.2.2 季銨化微納米SiO₂改性竹材表面潤濕性研究
2竹束單板層積材表面潤濕性研究'>        4.2.3 添加季銨化微納米SiO₂竹束單板層積材表面潤濕性研究
    4.3 本章結論
第五章 季銨化微納米二氧化硅對竹材膠合性能的影響
    5.1 實驗材料及方法
        5.1.1 實驗材料
        5.1.2 儀器設備
        5.1.3 實驗方法
    5.2 結果與討論
2對酚醛樹脂化學結構的影響'>        5.2.1 季銨化微納米SiO₂對酚醛樹脂化學結構的影響
2對酚醛樹脂耐熱性的影響'>        5.2.2 季銨化微納米SiO₂對酚醛樹脂耐熱性的影響
2對竹材/酚醛樹脂膠合界面的影響'>        5.2.3 季銨化微納米SiO₂對竹材/酚醛樹脂膠合界面的影響
2竹束單板層積材力學性能評價'>        5.2.4 添加季銨化微納米SiO₂竹束單板層積材力學性能評價
    5.3 本章結論
第六章 季銨化微納米二氧化硅改性竹材阻燃性
    6.1 實驗材料與方法
        6.1.1 實驗材料
        6.1.2 儀器設備
        6.1.3 實驗方法
    6.2 結果與討論
        6.2.1 改性后竹材的化學結構變化
2對竹材熱解性的影響'>        6.2.2 季銨化微納米SiO₂對竹材熱解性的影響
2對竹材燃燒性能的影響'>        6.2.3 季銨化微納米SiO₂對竹材燃燒性能的影響
2竹束單板層積材燃燒性能評價'>        6.2.4 添加季銨化微納米SiO₂竹束單板層積材燃燒性能評價
    6.3 本章結論
第七章 結論
參考文獻
附錄
在讀期間的學術研究
致謝

【參考文獻】

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1 陳和生;孫振亞;邵景昌;;八種不同來源二氧化硅的紅外光譜特征研究[J];硅酸鹽通報;2011年04期

本文編號：2894334