纳米SiO2/蒙脱土稳定石蜡基Pickering乳液体系的构建及其在木材中的渗透和作用机理

批准号:
31570542
项目类别:
面上项目
资助金额:
70.0 万元
负责人:
曹金珍
依托单位:
学科分类:
C16.林学与草学
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
王明枝、王望、黄艳辉、商俊博、朱愿、彭尧、孙文婧、郭玺、陈玉
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中文摘要
为了克服石蜡乳液在木材功能性改良方面的不足,本研究构建以硅烷改性纳米SiO2包覆石蜡液滴、剥离状蒙脱土片层三维网络结构协同稳定的水包油型石蜡基Pickering乳液复合体系,制备低粒径、高稳定性、多功能的木材改性剂。研究石蜡基Pickering乳液组分在不同处理工艺条件下在木材中的渗透规律以及乳液体系在渗透和后期干燥过程中的破乳机理,并通过调节浸渍和干燥工艺参数对破乳过程进行调控,从而实现乳液组分在木材构造中的合理分布和相互作用。考察处理材的物理力学性能、动态粘弹性、耐腐性、阻燃性、耐老化性等各项性能,并通过考察处理材的介电特性和水分吸附特性,研究乳液处理对木材中羟基的影响规律,从而构建相关模型解释其性能影响机理。该研究将前沿的乳液分散理论与技术应用于木材功能性改良领域,将指导乳液型木材改性理论体系的建立,进而推动新型多功能木材改性剂的技术开发。
英文摘要
In order to overcome the shortcomings of paraffin wax emulsions in functional modification of wood, a compound system of oil in water (O/W) paraffin wax based Pickering emulsion stabilized by silane-modified nano SiO2 to envelop paraffin wax droplets and exfoliated montmorillonite (MMT) layers to form 3-dimensional network between those droplets is proposed to build up to serve as a small particle sized, highly stable and multifunctional wood modifying agent. The penetration of these emulsions in wood under various impregnation process parameters as well as the breaking mechanism of the emulsions during penetration and followed drying processes will be studied. By changing the impregnation and drying process parameters, the emulsion breaking process was controlled to fulfill a reasonable distribution and interaction of the emulsion ingredients in wood structure. Then the physical and mechanical properties, dynamic viscoelasticity, decay resistance, fire resistance, and anti-weathering properties are investigated. The dielectric properties and moisture adsorption behavior will also be investigated to study the influence of emulsion treatment on hydroxyl groups in wood, based on which some models can be developed to explain the mechanism of properties’ change. This study applies the state-of-art emulsion dispersion theory and technologies in the region of wood functional modification, which will initiate the build-up of the theoretical system on wood modification by using emulsions, and further facilitate the development of innovative multi-functional wood modifying agents.
木材是可再生的生物质材料,可用于建筑、家具、装修等各个领域,但其吸水吸湿性、易燃性等性能限制了其应用效果及应用范围。石蜡是一种常用的木材防水剂,通常采用表面活性剂制备成乳液使用,但是表面活性剂的大量使用不利于处理材的防水效果的发挥。本项目采用SiO2和蒙脱土(MMT)作为固体稳定剂制备石蜡基Pickering乳液,通过替代或部分替代表面活性剂提高改性材的疏水性和尺寸稳定性,同时在一定程度上降低石蜡对改性材阻燃性的负面影响。研究内容主要包括:(1)不同pH值条件下SiO2溶胶体系及其处理材性能研究,以及SiO2协同稳定石蜡基Pickering乳液的制备、表征和处理材性能研究;(2)SiO2/MMT(SMC)杂化粒子的制备和表征,以及SMC协同稳定Pickering 乳液的制备、表征及处理材性能研究;(3)通过硅烷MPTS改性SiO2调节杂化粒子的亲水性,制备了MPTS改性SMC稳定石蜡基Pickering乳液,并研究其处理材性能,提出石蜡基Pickering乳液木材性能改良机制。研究得到了两种优化的适用于木材改性的石蜡基Pickering乳液制备技术:SiO2协同稳定石蜡基Pickering乳液,与只采用表面活性剂的配方相比,添加少量SiO2固体颗粒后乳液粒径进一步降低(如添加1%SiO2后平均粒径低于190nm)且在一定时间范围内保持相对稳定;MPTS改性SiO2/MMT杂化粒子稳定石蜡基Pickering乳液,该乳液50%粒径集中在210nm以下,乳液稳定性优良,400℃以下热稳定性和表面疏水性显著提高,表面硬度和抗压强度也均有提升。本项目探讨了一种新型的分散体系——Pickering乳液在木材保护中应用的可能性,具有开创性的意义。研究还丰富了相关研究基础,如不同pH值硅溶胶的特征及其处理木材的性能,以及有机硅烷与无机SiO2协同在木材上构建多层级粗糙表面的研究等,这些研究为本研究目标的实现奠定了基础,也使研究体系更为完整;同时,研究还在应用方面进行了拓展,除了本研究目标中设定的在实木领域的应用外,还开展了Pickering乳液在木塑复合材料的功能化改性中的应用研究。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
How does Pickering Emulsion Pre-treatment Influence the Properties of Wood Flour and its Composites with High-Density Polyethylene?
Pickering乳液预处理如何影响木粉及其与高密度聚乙烯复合材料的性能?
DOI:10.3390/polym11071115
发表时间:2019-07
期刊:Polymers
影响因子:5
作者:Jiang Jun;Mei Changtong;Pan Mingzhu;Cao Jinzhen
通讯作者:Cao Jinzhen
DOI:10.13360/j.issn.2096-1359.2017.05.007
发表时间:2017
期刊:林业工程学报
影响因子:--
作者:陈玉;曹金珍
通讯作者:曹金珍
Water absorption and mold susceptibility of wood flour/polypropylene composites modified with silane-wax emulsions
硅烷蜡乳液改性木粉/聚丙烯复合材料的吸水率和霉菌敏感性
DOI:10.1002/pc.24616
发表时间:2019-01-01
期刊:POLYMER COMPOSITES
影响因子:5.2
作者:Chen, Yu;Guo, Xi;Cao, Jinzhen
通讯作者:Cao, Jinzhen
Evolution of extractive composition in thermally modified Scots pine during artificial weathering
人工风化过程中热改性樟子松提取物成分的演变
DOI:10.1515/hf-2018-0216
发表时间:2019-03
期刊:Holzforschung
影响因子:2.4
作者:Shen Haiying;Xu Jiaqi;Cao Jinzhen;Jiang Jun;Zhang Shaodi;Xue Jing;Zhang Liangliang
通讯作者:Zhang Liangliang
Fabrication of superhydrophobic wood surface with a silica/silicone oil complex emulsion
用二氧化硅/硅油复合乳液制备超疏水木材表面
DOI:--
发表时间:2018
期刊:Wood Research
影响因子:1.3
作者:Liu Zhi;Cao Jinzhen
通讯作者:Cao Jinzhen
热改性木材化学成分及构造变化与耐腐性响应机制研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:59万元
- 批准年份:2020
- 负责人:曹金珍
- 依托单位:
蒙脱土改性木粉/聚乳酸复合材料的制备和性能研究
- 批准号:31170524
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:曹金珍
- 依托单位:
偶联剂修饰木塑复合界面相容机制的介电弛豫解析
- 批准号:30871966
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:33.0万元
- 批准年份:2008
- 负责人:曹金珍
- 依托单位:
压缩处理在水基防腐处理木材中的应用及其机理研究
- 批准号:30500386
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2005
- 负责人:曹金珍
- 依托单位:
国内基金
海外基金
