改性纳米SiO2和PDMS复合涂层构建木材疏水表面的研究开题报告

1. 研究目的与意义

木材表面具有亲水性，导致了尺寸稳定性差的结果。为了提高木材的疏水性，科研人员学做了大量的相关实验。木材从亲水到疏水的转化主要包括提高木材表面粗糙度用低表面能的物质进行修饰和将配合物掺入细胞壁以填充木材组织内的微孔，从而减少水分子直接在木材中的接触的空间或用具有反应性的化学物质来阻断细胞壁聚合物上的羟基，以减少木材中的吸水点。这些方法可有效用于减少或延缓水分的浸入。但是由于木材本身结构的复杂，通常具体的实施起来会增加不少成本。所以木材疏水表面的实际应用还是侧重于对产品的稳定疏水性以及简单和便宜的制造工艺。当前不乏各种疏水改性手段，但是通过简单而行之有效的PDMS和纳米SiO₂颗粒复合涂层的疏水改性方法可以简化其改性工艺，并得到理想的疏水效果，进而得以保证木材的尺寸稳定性。

2. 国内外研究现状分析

木材表面涂层疏水技术简单方便，在很多的实际应用上有很大的潜力。

Wang, Xiaoqing; Chai, Yubo等主要是在莲花效应的启发下,通过在木质材料表面上生长出纳米二氧化硅溶胶薄膜,然后用已经水解的十六烷基三甲基硅烷进行疏水改性。其表面实则是与二氧化硅通过共价键连接。实验结果表明接触角达141。Zheng, Rongbo; Tshabalala等主要是用饱和氯化钠水溶液直接水解TiCl₃在木材表面生出TiO₂分层结构，然后用全氟十二烷基三乙氧基硅烷改性。即将含TiCl₃的氯化铵盐酸盐酸溶液溶解在NaCl饱和水溶液中。然后向NaCl饱和溶液中加入NaOH制备NaOH-NaCl溶液。将反应混合物在恒定搅拌然后将木材样品浸入其中。反应在室温下进行10天，然后取出木材样品进行洗涤，干燥和分析。样品用去离子水洗涤以除去残留试剂。 将样品在罩下在常温环境下干燥。在室温下将样品浸入正己烷的PFDTS溶液。在室温下用丙酮冲洗，干燥后得到PFTDS处理的木材样品。实验结果表明接触角达141。Li等根据浸渍法，通过甲基硅酸钾(PMS) 在纤维素材料表面制备出超疏水膜。PMS水溶液和CO₂反应得到硅醇，而硅醇连接聚集在纤维素表面，在加热条件下缩聚生成聚半甲基硅氧烷超疏水薄膜。接触角达到157。彭万喜等采用浸渍法在木材的孔隙中填了蜂蜡，使得木材表面和水滴间的接触角在150-170之间。Zimmermann等利用一层聚甲基硅氧烷纳米细丝获得了超疏水纺织物。通过沉积处理使纤维具有了超疏水性能。将超疏水聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维浸泡于水中一段时间且受压摩擦后，该超疏水聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维仍旧具有良好的超疏水性能，且其他参数并没有因为聚甲基硅氧烷纳米细丝的沉积而受到影响。田根林等通过在竹材表面利用气相沉积法，以三氯甲基硅烷为原料，形成了多聚甲基硅烷树脂纳米棒阵列或纳米网状结构，从而获得了具有超疏水性的竹材表面。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

1.通过四乙氧基硅烷（teos）溶液在全碱性条件下水解制备纳米sio₂溶胶。

2.通过十六烷基三甲氧基硅烷（hdtms）改性制得的sio₂溶胶。

4. 研究创新点

用简单浸涂的方式制备具有高疏水性的木材表面并以控制涂层SiO₂的含量的单一变量法，控制其疏水性能。