二氧化硅改良木材表面性质研究

论文摘要

以二氧化硅为增强体,采用两种方式,通过涂料为介质或是不用涂料对木材表面进行处理,从而达到改良木材表面性质的目的。将粉状SiO2添加到聚氨酯漆和水性木器漆中,涂饰于马尾松木材表面,或是采用溶胶-凝胶法（sol-gel法）在木材表面直接生成SiO2粒子。通过测定木材表面涂层耐磨性、附着力、光泽度、耐冲击性、硬度、耐老化性及耐冷液性能,研究SiO2对木材表面涂层性能的影响；通过测定木材的吸湿膨胀性、表面耐磨性及耐紫外光老化性能,研究sol-gel法生成SiO2的条件对木材表面改良性能的影响；采用扫描电镜（SEM）、能量色散X射线能谱仪（EDXA）分析,研究SiO2在涂料中的分散性、sol-gel法生成SiO2的量及SiO2在木材表面的空间位置；通过粘度、沉降试验研究SiO2的改性效果；通过FT-IR、X射线衍射分析SiO2改性前后的结构。本研究主要结论如下：1、直接将粉体SiO2加入聚氨酯涂料后涂饰到马尾松木材表面,发现马尾松木材表面涂层的附着力、耐冲击性和耐老化性能得到改善；粉体SiO2加入水性木器漆并涂饰到马尾松木材表面,发现涂层的附着力、耐冲击性、硬度、耐老化性能得到改善；SiO2加入两种涂料后,涂层的耐磨性、光泽度均下降。2、为了让SiO2与涂料更好的混合,对粉体SiO2进行改性处理。利用硅烷偶联剂KH-570在甲苯溶剂下对SiO2进行改性,改性后的SiO2在聚氨酯涂料中的分散性比未改性SiO2的好。选用分散剂羧甲基纤维素钠和硅烷偶联剂KH-560对SiO2在水中分散性进行改性,改性后的SiO2在水性木器漆中的分散性比未改性SiO2均匀。3、将改性SiO2加入聚氨酯涂料后涂饰到马尾松木材表面,发现木材表面涂层的耐磨性、附着力、耐冲击性、硬度、耐老化性能均得到改善,与未改性SiO2聚氨酯漆涂料相比,涂层的耐磨性、硬度、耐老化性能提高了。将改性SiO2加入水性木器漆后涂饰到马尾松木材表而,发现木材表而涂层的附着力、耐冲击性、硬度、耐老化性能得到改善,与未改性SiO2水性木器漆涂料相比,涂层性能的改善效果更好。4、利用sol-gel法在木材表面原位生成SiO2改良木材表而性质。sol-gel法改良木材表面性质后,木材的吸湿膨胀率下降,并且木材表而耐磨性和耐老化性有明显改善。经过120h紫外光老化后,改良木材表面的抗光变色能力比素材的提高了约2倍左右。SEM、EDAX分析表明,调湿时间较短时,SiO2主要生成于木材表面的细胞壁；随着调湿时间的延长,SiO2生成在木材表而的细胞壁及细胞腔中；木材表面的Si元素含量随调湿时间的增加而增加,随浸渍时间的增加先增加后降低；木材表面SiO2生成的厚度为15～20μm。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 二氧化硅在木材改良中的研究现状
• 1.3 二氧化硅在涂料中的应用
• 1.3.1 二氧化硅在涂料中的研究现状
• 1.3.2 二氧化硅表面改性及其与涂料的作用机理
• 1.4 二氧化硅应用于改良木材表面性质构想
• 1.5 本论文研究思路及难点
• 1.5.1 本论文研究思路
• 1.5.2 本论文研究难点
• 1.6 选题的研究目的与意义
• 第二章 二氧化硅聚氨酯树脂涂料改良木材表面性质
• 2.1 实验材料与仪器
• 2.1.1 试验用材
• 2.1.2 二氧化硅改性用原材料及仪器
• 2.1.3 二氧化硅聚氨酯树脂涂料用原料及仪器
• 2.2 方法
• 2.2.1 二氧化硅改性方法
• 2.2.2 二氧化硅聚氨酯树脂涂饰木材表面处理方法
• 2.3 表征及性能测试方法
• 2.3.1 二氧化硅改性的效果表征
• 2.3.2 二氧化硅聚氨酯树脂涂层性能测试方法
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 二氧化硅粒子改性效果
• 2.4.2 二氧化硅聚氨酯树脂涂层性能
• 2.5 小结
• 第三章 二氧化硅水性涂料改良木材表面性质的研究
• 3.1 实验材料与仪器
• 3.1.1 试验用材
• 3.1.2 二氧化硅表面改性用原料及仪器
• 3.1.3 二氧化硅水性涂料用原料及仪器
• 3.2 方法
• 3.2.1 二氧化硅的分散及表面改性
• 3.2.2 二氧化硅水性涂料的制备
• 3.3 表征及性能测试
• 3.3.1 二氧化硅在涂料中分散效果的表征
• 3.3.2 木材表面漆膜耐磨性的测定
• 3.3.3 木材表而漆膜附着力的测定
• 3.3.4 木材表面漆膜耐冲击性的测定
• 3.3.5 木材表面涂层光泽度的测定
• 3.3.6 木材表面漆膜硬度的测定
• 3.3.7 木材表面漆膜耐老化性测定
• 3.3.8 木材表面涂层耐冷液体测定
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 二氧化硅改性效果
• 3.4.2 二氧化硅水性涂料涂层性能
• 3.5 小结
• 第四章 Sol-gel生成二氧化硅改良木材表面性质
• 4.1 前言
• 4.2 实验试剂
• 4.3 试材及其规格
• 4.4 方法
• 4.5 性能表征
• 4.5.1 木材湿胀性测定
• 4.5.2 木材表面耐磨性测定
• 4.5.3 耐老化性测定
• 4.5.4 木材表面微观特征的表征
• 4.6 结果与分析
• 4.6.1 调湿时间对木材湿胀性的影响
• 4.6.2 浸渍时间对木材湿胀性的影响
• 4.6.3 二氧化硅改良表面木材的耐磨性
• 4.6.4 二氧化硅改良表面木材抗光变色性能
• 4.6.5 二氧化硅改良表面木材的SEM分析
• 4.6.6 二氧化硅改良表面木材的EDAX分析
• 4.7 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录