硅系化合物-木基復(fù)合材料制備與性能評價.pdf

1、隨著天然林木材的日益匱乏及社會進步帶來的人們對木質(zhì)品的廣泛需求,人工速生林木材已成為提供木材資源的主體,然而,其材質(zhì)疏松、密度低、幼齡材含量高和干燥時易變形開裂嚴重影響了利用水平和附加值提高,制約了我國速生林的發(fā)展。近年來,硅系化合物,包括無機硅化合物如硅酸鹽、氟硅化合物、氯硅化合物等,有機硅化合物如硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅氧烷等廣泛應(yīng)用于速生林木材改性,得到的復(fù)合材料在物理力學、防腐抗蟲、尺寸穩(wěn)定、防火阻燃等方面都得到改善和增強。因此

2、,本文在綜合總結(jié)國內(nèi)外的眾多研究基礎(chǔ)之上,以楊木為基材,分別采用溶膠-凝膠法和浸漬硅溶膠法制備了兩類硅系化合物/楊木復(fù)合材料,且研究了含水率、基材預(yù)處理方式對復(fù)合材增重率及微觀構(gòu)造的影響。運用SEM表征了材料的微細構(gòu)造,通過XRD、FTIR探討了復(fù)合材各組分間的結(jié)合方式,采用TG分析了復(fù)合材的熱性能,基于Doyle積分法構(gòu)建了相關(guān)的動力學方程；同時綜合比較分析了復(fù)合材的抗彎強度、彈性模量及表面硬度等物理力學性能,主要研究結(jié)論如下:

3、>　　 (1)溶膠-凝膠法制備出的復(fù)合材增重率大于浸漬硅溶膠法,且隨著基材含水率的增加,復(fù)合材增重率也呈現(xiàn)出增加的趨勢。在浸漬硅溶膠處理過程中,不同的基材預(yù)處理方式對所得復(fù)合材的增重率有較大影響,先微波再偶聯(lián)劑預(yù)處理后制備的復(fù)合材增重率最大,其次是偶聯(lián)劑處理材,微波處理材次之,素材復(fù)合材增重率最小。
　　 (2)SEM觀察發(fā)現(xiàn),復(fù)合材保持了木材的多孔特性,反應(yīng)生成的固體物質(zhì)主要分布在木材的導(dǎo)管、木纖維、貫通導(dǎo)管與木纖維的紋孔及

4、細胞間隙之間,且在木纖維中含量最多；在橫切面上,它們以沉積的方式存在,而在縱切面上,它們與細胞壁物質(zhì)結(jié)合,產(chǎn)生了物理吸附、氫鍵及共價鍵等化學鍵。
　　 (3)通過XRD分析表明,與楊木素材相比,復(fù)合材的衍射峰位置沒有變化,只是衍射峰的強度有所減弱,生成的無定形態(tài)硅氧化合物沒有改變纖維素的結(jié)構(gòu)及晶面間距,但是影響了木材的結(jié)晶度。隨著增重率的增加,衍射強度越來越弱,且對纖維素(100)結(jié)晶面影響最大,對(040)結(jié)晶面影響最小。FT

5、IR分析發(fā)現(xiàn),木材的基本特征吸收峰都沒有變化,但是新的Si-O-Si鍵出現(xiàn)在復(fù)合材中,受硅氧基團與細胞壁纖維素生成的氫鍵影響,Si-O-Si鍵的所有振動都向高頻區(qū)移動了30-40cm-1,然而,Si-O-C鍵由于生成量少且振動較弱,在光譜圖上沒有表現(xiàn)出來。
　　 (4)TG分析表明,復(fù)合材在熱解階段的反應(yīng)溫度區(qū)間變小,縮短了高溫熱解時間,促進炭化進行；質(zhì)量損失率明顯減少,木材的熱穩(wěn)定性提高,表現(xiàn)出一定的阻燃特性。熱動力學分析表明

6、,硅系化合物的引入,提高了熱解階段的活化能,降低了反應(yīng)速率,在一定程度上緩解了木材的熱解,對木材具有阻燃及保護作用。
　　 (5)溶膠-凝膠法制備的硅系化合物/楊木復(fù)合材的抗彎強度、抗彎彈性模量都小于楊木素材,但隨著增重率的增大,復(fù)合材的抗彎性能逐漸增強。浸漬硅溶膠法制備的硅系化合物/楊木復(fù)合材的抗彎性能表現(xiàn)出溶膠-凝膠法相似的變化趨勢,但是基材經(jīng)過微波改性處理后的得到的復(fù)合材的抗彎彈性模量均高于楊木素材。兩種方法所得的復(fù)合材的