杉木/纳米碳酸钙复合材料的制备与结构表征

论文摘要

杉木是我国南方重要的人工林树种之一,具有生长速度快、加工性好、耐腐等优点,但人工速生杉木存在着材质疏松、早晚材差别较大、强度低等缺点,导致了其耐磨性、硬度等力学性能差,限制了其应用范围。所以需要对杉木进行改性处理。纳米粒子具有小尺寸效应、表面效应等其他普通材料所不具有的特殊性能,利用纳米粒子改性杉木,可发挥纳米粒子的优点,克服杉木的缺点,提高杉木的力学性能,扩大其应用领域。本文采用无水乙醇作溶剂,KH-550偶联剂和硬脂酸作为改性剂对纳米碳酸钙进行改性。改性后的纳米碳酸钙粒子能均匀的分散在溶剂中。采用直接浸渍法,将杉木试件直接浸渍在经改性处理的纳米碳酸钙悬浮液中,制得杉木/纳米碳酸钙复合材料,并对制得的复合材料进行了表面耐磨度和硬度等力学性能测试；运用傅里叶变换红外光谱、扫描电镜和X射线光电子能谱对复合材料进行了微观分析。结果表明,经过改性的杉木试件的表面耐磨度和表面硬度均有所提高；结构表征表明纳米粒子已经进入到杉木内部,并与杉木组分结合在一起。具体结论如下（1）采用无水乙醇做为溶剂,硅烷偶联剂KH-550和硬脂酸为改性剂,对纳米CaC03进行改性处理,得到的纳米CaC03悬浮液均匀、稳定。当KH-550的含量为5%、硬脂酸含量为3%时,分散最好,悬浮液可以稳定的保持七小时左右。（2）采用直接浸渍法将杉木浸渍到经过改性处理的纳米碳酸钙悬浮液中,制得杉木/纳米碳酸钙复合材料。经过改性的复合材料其增重量与分散剂的用量有关,当KH-550含量为5%、硬脂酸含量为3%时,增重量最大,达到2.03g,增重6%。（3）对制得的复合材料进行表面耐磨度和硬度测试,结果表明当KH-550的含量为5%、硬脂酸含量为3%时,试件磨耗量下降19.6%,硬度增加2.5%。（4）傅里叶变换红外光谱和扫描电镜及X光电子能谱对复合材料的表征,表明经过处理的纳米碳酸钙部分已经进入到杉木内部,并且与杉木内部的组分发生部分结合；还有部分碳酸钙粒子吸附在杉木细胞壁表面,但未形成新的化学键。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 传统的木材改性
• 1.1.1 木材改性的必要性
• 1.1.2 木材改性的内容
• 1.1.3 木材的物理改性方法
• 1.1.4 木材的化学改性方法
• 1.1.5 木材的其他改性方法
• 1.1.6 杉木的改性研究
• 1.2 纳米技术的应用
• 1.2.1 纳米技术
• 1.2.2 纳米材料的应用
• 1.2.3 纳米碳酸钙的应用
• 1.3 研究依据与内容
• 1.3.1 研究依据
• 1.3.2 研究内容
• 2 杉木/纳米碳酸钙复合材料的制备
• 2.1 纳米碳酸钙的改性及分散
• 2.1.1 纳米碳酸钙改性的必要性
• 2.1.2 常用的改性剂
• 2.1.3 实验材料与方法
• 2.2 复合材料的制备
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验设备
• 2.2.3 实验方法
• 2.3 杉木/纳米碳酸钙复合材料的增重检测
• 2.4 小结
• 3 杉木/纳米碳酸钙复合材料的力学性能分析
• 3.1 实验材料及设备
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验的主要设备
• 3.2 耐磨度的测试与分析
• 3.2.1 实验方法
• 3.2.2 结果分析
• 3.3 硬度测试与分析
• 3.3.1 实验方法
• 3.3.2 结果分析
• 3.4 小结
• 4 杉木/纳米碳酸钙复合材料的结构表征
• 4.1 扫描电镜（SEM）分析
• 4.1.1 扫描电镜的工作原理
• 4.1.2 主要仪器与设备
• 4.1.3 样品的制备
• 4.1.4 结果分析
• 4.2 傅里叶红外光谱分析
• 4.2.1 傅里叶红外光谱的工作原理
• 4.2.2 样品的制备
• 4.2.3 结果分析
• 4.3 小结
• 5 总结
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的主要学术成果
• 致谢