【摘 要】
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杉木作为一种速生、经济的天然高分子材料己被广泛应用于建筑、家具和工业等领域。然而,杉木含有的大量的亲水基团使其在潮湿的环境下易吸水而导致变形、开裂、老化等问题,严重限制了其应用。因此,对木材的储存和保护至关重要。目前,人们对木材疏水处理进行了大量的研究,但传统改性方法还存在工艺操作复杂、疏水涂层耐久性差等问题。近年来,有机硅因其优异的耐高温、抗紫外老化和疏水性等优点被应用于木材的疏水改性。本文以聚
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杉木作为一种速生、经济的天然高分子材料己被广泛应用于建筑、家具和工业等领域。然而,杉木含有的大量的亲水基团使其在潮湿的环境下易吸水而导致变形、开裂、老化等问题,严重限制了其应用。因此,对木材的储存和保护至关重要。目前,人们对木材疏水处理进行了大量的研究,但传统改性方法还存在工艺操作复杂、疏水涂层耐久性差等问题。近年来,有机硅因其优异的耐高温、抗紫外老化和疏水性等优点被应用于木材的疏水改性。本文以聚甲基氢硅氧烷（PMHS）、四甲基四乙烯基环四硅氧烷（V4）和SiO2纳米粒子（气相法白炭黑）为主要原料,在杉木表面原位构筑具有良好防水性、耐磨性和耐候性的有机硅树脂涂层。论文主要研究内容及结论如下:（1）溶剂法在杉木表面制备有机硅树脂疏水涂层。通过将PMHS和V4充分混合,在Karstedt催化剂的作用下,于常温常压的条件下发生加成反应,形成了有机硅树脂。结果表明,当PMHS与V4的质量比为5:1时,有机硅树脂的硬度和抗压强度分别为89 HA和16.7 MPa。将质量比为5:1的PMHS和V4以及Karstedt催化剂分散于正己烷中形成疏水改性液;再通过浸渍法在杉木表面构筑PMHS/V4有机硅树脂疏水涂层。系统探究了改性剂浓度、浸渍反应时间对木材疏水性能和吸水率的影响。研究表明,最佳反应条件为:PMHS与V4的质量比为5:1,改性剂浓度为5%,浸渍时间为5 min。此时,有机硅树脂改性的木材具有最佳的性能:改性木材径切面的水接触角为128°,24 h吸水率从108.5%降低为31.3%。SEM图像表明,溶剂法构筑的有机硅树脂涂层厚度较薄;同时,用肉眼未观察到改性木材外观颜色、光泽度的变化。（2）无溶剂法在杉木表面制备有机硅树脂疏水涂层。将PMHS与V4、Karstedt催化剂混合制得疏水改性液,通过简单涂刷法对木材进行疏水改性,在常温常压下固化得到PMHS/V4有机硅树脂改性的木材。探究了PMHS与V4的质量比对木材表面涂层水接触角和耐磨损性能的影响,同时还探究了固化时间和反应温度对木材表面涂层耐磨损性能的影响。研究结果表明,PMHS与V4于常温常压条件下在木材表面快速形成有机硅树脂,并具有良好的自增强效果。当改性液涂覆于木材表面约30分钟后,固化得到有机硅树脂涂层。固化三天后涂层的砂纸耐磨长度为540 cm（砂纸目数为:1500目;木块磨损面积为:6.25 cm~2;砝码重量为:200 g）。随着固化时间的延长,涂层的耐磨性显著提高;当固化时间为30天时,耐磨长度为2940 cm。PMHS/V4有机硅树脂改性后,木材表面水接触角为123.1°。同时,无溶剂法改性的木材对良好的防水性和抗污性。改性后木材的24 h吸水率从103.5%下降至14.5%。将样品埋入潮湿的土壤中90天,未改性木材质量显著增加,表面出现大块黑色斑点,而改性木材未出现明显变化。改性木材表面对家庭生活中常见的牛奶、咖啡和可乐有良好的抗污性。SEM图像表明,无溶剂法构筑的有机硅树脂涂层较好地实现对木材表面的覆盖,涂覆后未见木材原有的结构。（3）无溶剂法在木材表面制备有机/无机杂化硅树脂疏水涂层。将PMHS、V4、气相白炭黑（SiO2纳米粒子）和Karstedt催化剂进行高速分散后制得改性液。通过简单的涂刷法在杉木表面涂刷改性液,于常温常压条件下,在杉木表面构筑SiO2/PMHS/V4疏水涂层。探究了SiO2的添加量对SiO2/PMHS/V4有机硅树脂力学性能和改性木材疏水性、以及涂层耐磨性能的影响。结果表明,SiO2纳米粒子添加量为2%时,SiO2/PMHS/V4有机硅树脂硬度和抗压强度分别提高了16.9%和49.0%。此时,PMHS/V4有机硅树脂疏水改性木材24 h吸水率仅为6.9%。在常温常压条件下下固化3天后,PMHS/V4有机硅树脂涂层耐磨长度为750 cm,而2%SiO2/PMHS/V4有机硅树脂涂层的耐磨损长度高达3000 cm。
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