竹单元表面亲/疏水性调控研究及应用

作     者：卢英卓 

作者单位：浙江农林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：沈哲红;陈浩

授予年度：2021年

学科分类：082902[工学-木材科学与技术] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 

主      题：竹子 润湿性能 金属氢氧化物 竹纤维 水蒸发 表面能 胶合性能 

摘      要：随着可持续建筑概念的提出,天然材料的利用越来越受到人们的关注。有效利用丰富的可再生竹子作为装饰材料和建筑材料,对减少二氧化碳排放、保持可持续发展具有重要意义。然而,竹材存在润湿性和胶合性能差的问题,并且竹材色泽单一,易霉变和易燃等缺点阻碍了竹材的广泛应用。本研究通过对不同的竹单元进行润湿性能改性,改善竹子表面性能,来提高竹材的利用范围和利用率。论文具体研究内容如下:(1)选用带青带黄的竹条作为基材,利用氯化异氰酸(CU)对其进行改性,调节竹条的润湿性能,提高竹条的胶合性能。探讨了改性剂的浓度,处理时间对于竹材润湿性和表面能的影响,结果表明:在CU浓度为3%,处理时间为3 h时,竹材的润湿性能最好,竹材的表面能最大;更重要的是,改性竹材的表面对酚醛树脂胶和脲醛树脂胶的润湿性能有所提高,浸渍剥离测试结果优于未改性竹材。(2)选用刨切薄竹为基材,以MOF材料为基础,采用原位生长转化方法,成功地在竹材表面制备了双金属氢氧化物(Co Ni-DH),随后涂覆月桂酸钠(La),得到了月桂酸钠包覆的钴镍双金属氢氧化物超疏水层(Co Ni-DH-La)。Co Ni-DH-La涂层具有良好的化学稳定性和良好的附着力。制备的Co Ni-DH-La涂层竹片(BS-Co Ni-DH-La)在防霉、阻燃和自清洁方面表现出良好的性能:室内防霉实验测试120天,超疏水表面霉变面积为0;超疏水竹材的氧指数(LOI)达到29.9,相较于未处理竹片,LOI提升了4.4。通过改变制备过程中无机盐的种类,可赋予竹子多种颜色,并且显示出了良好的规模化生产潜力。(3)选用竹纤维作为实验材料,利用聚丙烯酰胺(PAM)提高竹纤维的润湿性,将其作为太阳能水蒸发的水分运输材料应用在海水淡化中。结果表明,改性竹纤维的亲水性改性效果明显,改性竹纤维的水分运输能力提升显著。经盐水浸泡一个月后,其仍能保持良好的水分运输能力和尺寸稳定性。改性竹纤维太阳能水蒸发速率测试达到了1.55 kg/(m·h),且光-汽转化效率为83.6%,远高于未改性竹纤维(0.42 kg/m·h和14.7%)。亲水改性的竹纤维达到了太阳能水蒸发对水分运输材料要求,不但拓展了竹纤维的应用范围,利用了清洁太阳能,有利于解决水资源短缺问题。