納米碳酸鈣-速生楊木復(fù)合材料及制作建筑模板的研究.pdf

1、無機(jī)納米材料技術(shù)的發(fā)展，為木材的功能性改良復(fù)合技術(shù)開辟了新的發(fā)展空間和新的機(jī)遇。采用無機(jī)納米材料改良低質(zhì)木材，在保留其良好的外觀視覺和加工特性等固有性能的同時(shí)，賦予木材新的優(yōu)異功能，如提高耐磨性、硬度、剛度等物理力學(xué)強(qiáng)度，可提高低質(zhì)木材的利用率和應(yīng)用領(lǐng)域?；谏鲜鱿敕?，本文提出將納米材料粉末借助于高分子材料等載體通過真空加壓浸注方法浸注到速生楊木中，發(fā)揮納米材料的優(yōu)異性能（借助于高分子材料的固化起作用），改善速生楊木的性能的研究思路和方

2、法。本研究充分利用納米材料碳酸鈣優(yōu)質(zhì)性能——成本低、性能優(yōu)、無毒無味，優(yōu)質(zhì)填料，補(bǔ)強(qiáng)劑作用和速生楊木材料來源的優(yōu)勢，研制開發(fā)以速生楊木為基體，以納米碳酸鈣為填料，借助酚醛樹脂有機(jī)體制備新型的木材無機(jī)納米復(fù)合材料，并嘗試用此復(fù)合材料制作應(yīng)用廣泛的建筑模板。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　(1)以自制的水溶性熱固性酚醛樹脂膠黏劑(PF)為復(fù)合中間介質(zhì)，利用氯化鈣與碳酸銨溶液發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，制得酚醛樹脂(PF)-納米碳酸鈣(CaCO3)預(yù)

3、聚體，通過真空加壓浸漬到速生楊木中，制備納米碳酸鈣/速生楊木復(fù)合材。通過加入復(fù)分解反應(yīng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的延后，PF-CaCO3預(yù)聚體的穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)，碳酸鈣的顆粒隨之變小，經(jīng)試驗(yàn)確定在酚醛樹脂體系中較佳加入時(shí)間為160min后加入氯化鈣和碳酸氨溶液。通過對PF-CaCO3預(yù)聚體進(jìn)行透射電鏡(TEM)和電子掃描電鏡(SEM)觀測、能譜(EDXA)分析、紅外光譜(FTIR)分析、差示掃描量熱/熱失重(DSC/TG)分析等研究探索，可以

4、得出加入3％CaCl2、4.5％(NH4)2CO3溶液占酚醛樹脂總量的1％的試樣膠體，浸漬單板的浸注效果明顯，生成的碳酸鈣為納米級，立方形，熱穩(wěn)定性高。隨著CaCl2溶液濃度的增加，納米碳酸鈣粉末徑級隨之增大并增多、析出并團(tuán)聚，對PF-CaCO3預(yù)聚體浸注細(xì)胞腔有一定的抑制作用，進(jìn)而會影響浸注單板的硬度、增重率等各方面性能。
　　(2)采用復(fù)分解法（碳酸銨與氯化鈣反應(yīng)）經(jīng)過添加改性劑可以制備出平均直徑為50nm左右的立方形納米碳酸

5、鈣，添加劑為十二烷基二甲基甜菜堿。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)甜菜堿在制備納米碳酸鈣過程于中反應(yīng)初期可提高結(jié)晶速度，抑制晶體的異向生長，控制晶體生長的方向，于后期又可抑制生成物的形貌和粒徑，對碳酸鈣粉末表面進(jìn)行修飾，從而改變碳酸鈣的表面性質(zhì)。制備納米碳酸鈣的優(yōu)化工藝參數(shù)為:250ml、0.3mol/L的氯化鈣溶液，加入2.5ml甜菜堿，經(jīng)過攪拌，再加入同摩爾質(zhì)量的碳酸銨溶液，再抽濾、水洗，最后干燥。
　　(3)采用溶膠-凝膠法制備納米碳酸鈣/速生

6、楊木復(fù)合材料。將(2)中制得的納米碳酸鈣和載體——自制的酚醛樹脂膠黏劑溶合在一起真空加壓浸注速生楊木單板。通過樣品表征分析，發(fā)現(xiàn)隨著甜菜堿添加量的增大，碳酸鈣的粒徑明顯降低，進(jìn)而增加了其在溶劑中的分散性，由此制得的材料熱穩(wěn)定性好，優(yōu)于沒有加入甜菜堿的復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入2.5ml甜菜堿溶膠效果好，透明、均勻;在楊木單板體系中形成大量的凝膠，并與木材產(chǎn)生氫鍵結(jié)合，浸漬楊木單板效果明顯，增重率達(dá)到148％、硬度等物理學(xué)性能最好。

7、r>　　(4)采用擴(kuò)散法制備碳酸鈣/速生楊木無機(jī)復(fù)合材。優(yōu)化工藝為添加CaCl2溶液質(zhì)量百分比為5％，(NH4)2 CO3溶液質(zhì)量百分比為7％，十二烷基二甲基甜菜堿的添加量為0.5％，通過真空加壓浸漬制備。加工工藝簡單，能夠保留原木材的優(yōu)異性能（環(huán)境學(xué)特性、視覺特性），添加量較少，所以生成的碳酸鈣較少，進(jìn)而楊木單板的增重率較低，浸注效果良好，具有疏水性，而邵氏硬度卻較楊木素單板明顯提高，說明無機(jī)質(zhì)碳酸鈣的空隙填充增加了楊木單板的硬度，實(shí)

8、現(xiàn)了優(yōu)化低質(zhì)楊木木材的目的。
　　(5)用以上(2)、(3)、(4)所述三種復(fù)合材料制備方法進(jìn)行了制備建筑模板的研究。根據(jù)GB/T17656-2010國家標(biāo)準(zhǔn)來檢測制備得到的建筑模板的物理力學(xué)性能，三種復(fù)合材料均達(dá)到并超過國家標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)化工藝為:熱壓壓力為3MPa，熱壓時(shí)間為12min，分段式熱壓進(jìn)行，熱壓溫度為140℃。PF-CaCO3預(yù)聚體浸漬楊木單板制備的建筑模板的靜曲強(qiáng)度(106.39Mpa)、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度(1.6Mpa)優(yōu)于