基于竹材表面制备改性纳米碳酸钙超疏水涂层及其特征开题报告

1. 研究目的与意义

水分对竹材性能影响很大，水分会影响竹材的力学性能，导致大部分防霉剂在潮湿或户外环境中流失和尺寸不稳定; 水也是微生物生存的必须物质，表层材料含水率低于19%霉菌就不能生长，吸收水分会加快霉菌生长。

为了完全阻止液体水对竹材的侵入，必须设法使其表面具备像荷叶那样的超疏水性能。

通过钛酸酯偶联剂改性纳米碳酸钙颗粒，使其表面由亲水性变成了疏水性，该性后的纳米颗粒与低表面能的聚二甲基硅氧烷经过混合陈化后在竹材表面形成超疏水涂层，拟通过实验在竹材表面构建纳米/微米尺度的结构表面，达到提高竹材的防水的目的。

2. 国内外研究现状分析

目前，超疏水表面的制备则主要通过两个方法来实现：一是在低表面能的物质表面构建微纳米级粗糙结构；二是使用低表面能物质修饰粗糙表面。

所以如果能够在竹材基底上构建类似于荷叶表面的微/纳米结构，使竹材表面也具有超疏水特性，水滴不能润湿竹材表面，竹材表面始终保持干燥，就可以有效地抵御液态水的侵入，从而解决竹材因为对水分的吸收而导致的尺寸不稳定，生物降解等问题。

在国内方面，田根林等则以低表面能的甲基三氯硅烷为原料，利用常温常压化学气相沉积法在竹材表面自组装形成纳米棒阵列或纳米线网状结构而实现竹材表面超疏水；刘明等对木材的仿生超疏水这一领域的研究进展了总结，仿生构建木材超疏水表面的首要条件是在木材表面构建粗糙二元的微纳米结构，然后可进一步在粗糙结构修饰低表面自由能物质；，阮金望采用松香及含有10%pbo 的沥青作二次涂刷以降低竹材的吸水性；侯玲艳等以蒸汽处理毛竹材，发现热处理温度( 180℃、220℃) 和时间( 1 h、3 h) 对竹材表面润湿性均有显著影响，温度的影响相对时间更大，热处理后竹材表面对水的接触角增大。

3. 研究的基本内容与计划

实验方案竹材试样预处理首先以竹材为原料，经锯机加工成20*20*5mm规格的竹材试样，去除竹的结巴部位；其次，将竹材完全浸渍于无水乙醇中，使用超声波清洗机超声清洗10min，以便去除竹材表面的杂质及污物；最后将竹材放入电热鼓风干燥箱中，80℃条件下干燥5h，保持含水率6~8%，放入真空干燥器中备用。

二氧化钛沉积将10ml钛酸四丁酯缓慢滴入到50ml无水乙醇中，强力搅拌10min，得到黄色澄清溶液；将4ml冰醋酸和10ml钛酸四丁酯加入到50ml无水乙醇中，配制成混合均匀溶液，将此溶液缓慢滴入到上述黄色澄清溶液中，搅拌30min，得到二氧化钛白色凝胶，将竹材浸渍于二氧化钛凝胶中，然后取出，烘箱80℃干燥2h。

碳酸钙晶核沉积将附有二氧化钛薄膜的竹材浸泡在50ml氯化钙溶液中（0.2m），80℃保温30min，使钙离子吸附在竹材表面，再将其洗涤、干燥。

4. 研究创新点

超疏水表面一般指与水的接触角大于150的表面，具备这种表面的材料可以有效防止液态水的渗入，并具有自清洁等一些特殊性能，在国防、工农业生产和日常生活有着广泛的应用前景。

如果能够在竹材基底上构建超疏水表面，使竹材表面具有超疏水特性，则可以有效地抵御液态水的侵入，从而解决竹材因对水分的吸收而导致的尺寸不稳定，生物降解等问题。