载药埃洛石对重组竹防霉及耐候性能的影响

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重组竹长效防霉对于竹资源高效长久利用具有重要意义,但是在加工成型过程中高温处理常常会使防霉剂热分解失效,在户外使用过程中受雨水、日晒等环境因素的影响防霉剂也容易发生流失和紫外降解,大大缩短了防霉重组竹的使用寿命。因此,如何防止防霉剂分解失效或流失,实现重组竹高效、长效防霉是亟待解决的关键技术难题。本研究利用负载防霉剂的埃洛石改性酚醛树脂,制备具有防霉性能的重组竹,解决了重组竹热压成型过程中防霉剂热分解问题,显著提高了处理材抗水洗和紫外照射的耐候性能。为研究纳米材料改性对酚醛树脂固化过程的影响,利用差示扫描量热法(DSC)分析埃洛石、蒙脱土和氧化铝3种纳米材料改性胶粘剂的固化动力学;为研究纳米材料改性对重组竹力学性能的影响,测试比较3种纳米材料改性胶粘剂制备的重组竹的物理力学性质;为研究防霉重组竹的户外使用性能,探讨了水洗及紫外照射前后载药埃洛石改性重组竹防霉性能的变化。主要研究内容和结论如下:1)埃洛石等纳米材料改性酚醛树脂的性能与固化动力学表征:采用机械共混的方式将3种纳米材料加入到酚醛树脂中,通过对其性能与固化动力学的研究发现埃洛石的添加对于重组竹的热压工艺影响较小。利用X射线衍射(XRD)分析随机取样样品证明了纳米材料均匀的分散在酚醛树脂中;粘度测量发现同一种纳米材料,随着纳米材料添加量的增加,粘度逐渐变大,在同一添加量下,埃洛石改性酚醛树脂粘度最大;纳米材料的加入对酚醛树脂的p H值几乎无影响。上述结果表明纳米材料的加入对酚醛树脂基本理化性能影响很小。进一步利用差示扫描量热法分析了纳米材料的加入对酚醛树脂固化性能的影响,发现3种纳米材料均会使树脂的起始固化温度(T0)和峰顶固化温度(TP)向低温移动,加速固化过程进程;利用Kissinger方法和Flynn-Wall-Ozawa方法计算发现加入纳米材料可以降低固化反应所需活化能,对酚醛树脂的固化反应具有一定催化作用;3种纳米材料中,埃洛石纳米管的加入相较蒙脱土和三氧化二铝对树脂固化反应的活化能影响最小,因此埃洛石的添加对于重组竹的热压工艺影响较小。2)埃洛石等纳米材料改性重组竹的物理力学性能评价:利用3种纳米材料改性的酚醛树脂制备重组竹,并对重组竹的吸水厚度膨胀率、内结合强度和弹性模量等进行了测试比较,结果表明,3种纳米材料中埃洛石改性树脂制备的重组竹物理力学性能最好,蒙脱土改性的性能最差。与蒙脱土和氧化铝相比,埃洛石改性对重组竹的吸水厚度膨胀率和吸水体积膨胀率影响较小,且随着添加量的增加,内结合强度和弹性模量也随之增加。与重组竹素材相比,3%、6%、9%添加量的埃洛石改性重组竹内结合强度分别提升了1.4%、1.7%、3.5%,弹性模量分别提升了6.7%、7.5%、12.6%。然而,埃洛石添加量达到9%时,内结合强度的变异性较大,因此综合考虑力学性能和载药量,在后续研究中埃洛石的添加量定为6%。进一步研究表明,在6%添加量下,负载IPBC的埃洛石制备的重组竹与未载药埃洛石改性重组竹的力学性质并无显著差异。3)载药埃洛石改性重组材的防霉和耐候性能评价:重组竹在经过载药埃洛石处理后具有很好的防霉效果,且经紫外照射后防霉性能保持不变,但材料经水洗后防霉效果略有下降。通过在载药埃洛石重组竹表面涂刷一层疏水性的木蜡油后,试样水洗后的防霉防蓝变性能能够得以保持。载药埃洛石制备的重组材试样,经过4周的防霉试验,竹材表面未被霉菌侵染,对黑曲霉和蓝变菌的防治效力均为100%,相比重组竹素材及其纯IPBC处理材的霉菌和变色菌防治效力均有明显的提升;经过水洗处理后,载药埃洛石重组竹试样防霉效果稍有下降,但仍保留了50%的霉菌防治效力和75%变色菌防治效力;表面涂刷木蜡油的载药埃洛石改性重组竹试样经水洗处理后,对黑曲霉和蓝变菌防治效力仍保持100%,表明木蜡油涂层对水分起到了阻隔的作用,保护了重组竹表面的载药埃洛石,从而避免有效成分流失降低防霉性能。将IPBC直接与涂料混合涂刷在竹条表面容易造成有效成分的紫外降解从而降低防霉性能,相比之下,载药埃洛石改性重组竹试样经紫外照射后,黑曲霉的防治效力提高91.75%,蓝变菌的防治效力提高98.75%,说明埃洛石负载有利于提高IPBC的抗紫外降解性能。
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