季铵化水性环氧树脂体系的制备及其对木材性能的影响

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木材作为一种可再生资源,被广泛应用于家具、建筑、装修装饰等领域,但由于其普遍存在尺寸稳定性差、易变形和腐朽等问题,严重限制了其使用范围。本文通过化学改性的方法制备了稳定性高、粒径小且兼具抗菌功能的水性环氧树脂体系。通过真空-加压浸渍的方法将水性环氧树脂体系注入到木材内部孔隙结构并原位固化交联,从而提高木材的尺寸稳定性和耐腐能力。主要研究结果如下:(1)选择两种不同官能度(二官能度和四官能度)的环氧树脂预聚体,对其进行季铵化改性,制备得到了不同粒径尺度的季铵化水性环氧树脂体系(QWEP),并对QWEP体系的稳定性和固化后样品的抑菌性能进行研究。结果表明,QWEP体系粒径尺度达到纳米级别,具有较好的稳定性。抑菌性能测试结果显示,QWEP固化后对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长具有抑制作用。(2)优选综合性能较好的季铵化水性环氧树脂体系(QWEP),用真空-加压浸渍的方法将其注入到木材内部,重点研究固化处理后木材的形貌结构、尺寸稳定性、力学强度和耐腐性能。结果表明,处理后木材的增重和增容率分别达到42.5%和4.5%;扫描电子显微镜(SEM)观察可见,QWEP能够进入到木材腔体结构中并发生固化反应;纳米压痕测试结果表明,处理后细胞壁硬度和模量分别由处理前的0.43 GPa和15.8GPa提高到0.76 GPa和20.0 GPa;力学测试结果显示,处理材的拉伸强度和抗压强度分别提高了26.3%和32.7%。结合QWEP处理后木材的增容率、形貌结构和纳米压痕测试结果可见,QWEP能够进入到木材细胞腔体并渗透细胞壁,从而提高木材性能。尺寸稳定性测试表明,处理材在浸水-干燥三次循环下,抗胀率和抗缩率分别达到39.8%和34.0%;防腐测试结果表明,QWEP处理后,木材对白腐菌和褐腐菌的耐腐等级均达到了强耐腐I。(3)将不同含量的壳聚糖(CS)添加到季铵化水性环氧树脂(QWEP)体系中,研究CS协同交联的季铵化水性环氧树脂体系的稳定性、固化后样品的耐水性、力学性能和抗菌性能,然后选择性能优异的水性环氧树脂/壳聚糖体系(QWEP-CS)处理木材,分析处理后木材的尺寸稳定性和耐腐性能。结果表明,CS的加入可以提高QWEP体系的交联度;当CS含量占体系的50%(QWEP-50CS)时,体系的稳定性、耐水性及力学性能最佳。抗菌测试结果表明,CS的加入可以协同提高QWEP的抗菌性能,QWEP-50CS对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别为99.4%和100%。经QWEP-CS体系处理后,木材的抗胀率和抗缩率分别达到19.3%和27.3%,尺寸稳定性有所提高;同时,经白腐菌和褐腐菌侵染后,处理材的质量损失率较未处理材有所降低,耐腐性提高。
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