木质材料表面超疏水涂层的制备及耐久性测试开题报告

1. 研究目的与意义

木质材料表面涂饰是木材加工利用的一个重要方面，木质材料涂饰的目的是在木材表面形成一层兼有保护性和装饰性的涂层。通过涂饰，可以使木材的自然纹理更加美观，使之具有丰富的自然色彩和表面光泽，还可以保护木材表面，提高木材的耐久性，延长木材的使用期限。涂饰对于木质材料的装饰和保护具有重要意义，涂料的性能在很大程度上影响着木制品的质量。

木材是一种天然生物质材料，具有很多优良特性，但由于含有大量亲水性基团以及多孔结构导致木材具有很强的吸湿亲水性，给木材带来变形开裂或腐朽虫害等不良影响。在木材表面构建超疏水涂层可以有效解决因水分导致的不良影响。超疏水材料是一种对水具有排斥性的涂料，所谓超疏水表面一般是指与水的接触角大于150度的表面，水滴在其表面无法滑动铺展而保持球形滚动状，从而实现表面的自清洁。将超疏水涂料应用到木质材料的表面改性，可以使木材涂层表面具备自清洁、防污、耐水的性能，从而大大提高木质材料的综合使用性能及其附加值。

虽然国内外已经研究出大量关于超疏水的研究成果，但基本仍处在实验室阶段，价格昂贵且耐久性较差，因此超疏水表面在实际应用方面还存在着极大的发展空间。本次实验所制备的cnf/tio₂复合超疏水材料不但价格低廉、易于实现工业化而且无毒无公害、绿色环保。如果能通过后期改进，提高该涂层的耐久性（包括耐环境性、附着力、硬度、耐磨性等），就能有效解决木制品超疏水涂层的实际应用难题，极大地提高涂层的使用性价比，推动超疏水涂料的工业化发展。

2. 国内外研究现状分析

超疏水现象广泛存在于自然界，如荷花的叶子、鳞翅目昆虫的翅膀、水黾的脚等。当水与物体表面的接触角高于150且滚动角低于10时，该物体表面就可以被称为超疏水表面。超疏水表面可用于表面防水、流体减阻、表面自清洁等领域，应用前景十分可观，因此吸引众多科研学者的研究，掀起研究热潮。

目前，超疏水涂层主要应用于外墙涂料、织物、金属防腐、自清洁材料等。制备超疏水表面的关键步骤是构建具有微纳分层粗糙结构的表面，然后采用低表面能物质对构建的微纳分层粗糙结构表面进行超疏水改性。目前，超疏水涂层的主要制备方法有模板法、刻蚀法、溶胶-凝胶法、电化学沉积法、层层自组装法等。然而，在这些研究中，几乎没有在木材表面合成的这些超疏水涂层，之所以它们还不能用于实际应用中，主要受制于这一表面的粗糙结构的机械性能及其表面的稳定性。

当前，国内外对超疏水涂料的制备还存在一些问题。首先，超疏水自清洁涂层表面的粗糙结构很容易被磨损而使得超疏水性不能长期保持，因而缩短了使用寿命；其次，采用的制备方法复杂；此外，所用仪器特殊且昂贵，制备涂层所需的原料稀少或昂贵等，这些问题都限制了超疏水自清洁涂层的大规模生产和应用。因此，开发出制备简单、成本低、耐久性好、多功能化、智能化的超疏水自清洁涂层是未来的研究方向。

3. 研究的基本内容与计划

一、研究内容

本次研究将制备出一种应用于木制品表面的超疏水涂料并对其耐久性进行增强。通过改变cnf/tio₂ 复合材料与单组份水性聚氨酯涂料的混合比，或用硬脂酸进行修饰，进行不同变量的实验研究。方案一是将tio₂与单组份水性聚氨酯涂料混合，方案二是将单组份水性聚氨酯涂料 与cnf混合，方案三是将cnf/ tio₂复合材料与单组份水性聚氨酯涂料混合，方案四是在方案三的基础上混合一定量的硬脂酸，方案五是在方案三的基础上用硬脂酸进行修饰。最后，对涂层的耐老化、耐磨性、硬度和附着力进行测试并对测试结果进行综合比较分析，找出最优的涂料配比，从而获得高性价比的超疏水涂层。具体研究内容和预期论文大纲如下：

1 绪言

4. 研究创新点

1、首次将CNF/TiO2 复合超疏水材料运用到水性聚氨酯木器涂料中，使木材涂层表面具备自清洁、防污、耐水的性能，大大提高木质材料的综合使用性能及其附加值。

2、致力于提高超疏水涂层的耐久性，解决其易磨损、易老化的问题，为大规模的生产和应用提供可能。