木材表面氫氧化鋁薄膜的低溫水熱生成及性能研究.pdf

1、基于材料表面工程學(xué)的思想，把納米材料應(yīng)用到木材表面的功能性改良中，不僅可以改善木材本身的性能，還可以將納米粒子的特性賦予木材表面，使木材的性能提高或具有一些新性能。水熱法是一種功能可控的納米材料合成方法，利用其在木材、竹材等表面成功生長了多種微納米粒子，明顯改善材料的綜合性能。本論文利用水熱法在木材表面合成Al(OH)3覆層，旨在改善木材的熱力學(xué)性能及其易燃的特性。采用X射線光電子能譜分析了處理前后試材的表面元素含量、化學(xué)結(jié)合狀態(tài)的變化

2、;應(yīng)用掃描電鏡研究了水熱溫度、處理時間、水熱溶劑、鋁源、前驅(qū)體濃度，對木材表面生長Al(OH)3顆粒的形貌、粒徑以及生長量的影響;并且應(yīng)用了紫外老化儀、動態(tài)熱機械分析儀、熱重分析儀、錐形量熱儀、氧指數(shù)儀，重點分析了處理前后試材的抗光變色性能、動態(tài)熱機械性能、熱失重和燃燒性能。通過探索各種試驗因素對木材性能的影響，最終確定了較佳的工藝條件。主要結(jié)論如下:
　　(1)采用水熱法在木材表面生長Al(OH)3覆層，利用X射線光電子能譜分析

3、可知，木材表面成功地生長了Al元素化合物，再結(jié)合O元素的吸收能譜，綜合推斷出木材表面生成了Al(OH)3結(jié)構(gòu)。
　　(2)改變水熱反應(yīng)時間、溫度、水熱反應(yīng)溶劑、鋁源、前驅(qū)體濃度，木材表面Al(OH)3的形貌、結(jié)構(gòu)以及生長量都會發(fā)生相應(yīng)的變化。綜合考慮各種因素的影響，得出的最佳工藝條件是水熱100℃、8h和120℃、6h。在此條件下，處理材宏視下與素材差異不大，表面生長的Al(OH)3以亞微米級的球粒為主，可進一步生長融合以及轉(zhuǎn)變成

4、片狀薄水鋁石結(jié)構(gòu)。
　　(3)對木材進行紫外老化試驗后結(jié)果說明，經(jīng)480h的紫外光照射后，與素材相比，水熱100℃、8h的處理材明度變化不明顯，紅綠指數(shù)與黃藍(lán)指數(shù)變化都與素材相似，但整體變化要小于素材;水熱120℃、6h的處理材較素材明度提高，而紅綠指數(shù)與黃藍(lán)指數(shù)變化與水熱100℃、8h的處理材相似，但是變化幅度顯著降低?？傮w上，處理材較素材抗光變色能力提高了3倍，說明處理材的光穩(wěn)定性顯著增強。
　　(4)對覆有Al(OH)

5、3膜層的木材進行了動態(tài)熱機械性能分析與熱降解性能分析，結(jié)果表明:水熱條件為100℃、8h，木材的儲存模量提高了30％，損耗角正切略有升高;水熱條件120℃、6h，木材的儲存模量相比素材變化不大，但是損耗角正切并沒有升高，所以這兩個條件是木材表面Al(OH)3覆層生長的最佳工藝，從而證明了在木材表面生長Al(OH)3薄膜，可以提高木材的彈性模量。
　　(5)對木材進行了極限氧指數(shù)分析，可知表面覆蓋Al(OH)3膜層的木材氧指數(shù)都有所

6、提高，綜合SEM等其他試驗結(jié)果，得出水熱條件100℃、8h與120℃、6h為較佳的工藝條件。
　　(6)采用錐形量熱儀分析木材的阻燃性能，由結(jié)果可知，經(jīng)水熱條件100℃、8h和120℃、6h的處理材相比素材，其熱釋放速率分別降低了51.75％、47.41％，總熱釋放量降低了66.71％、45.61％，總煙釋放量降低了79.61％、67.96％，質(zhì)量損失減少36.36％、45.45％，有效燃燒熱也有所降低。因此，Al(OH)3薄膜能