基于液滴动态演变规律的木材表面润湿机制研究

Wettability of wood surface/interface is closely related to the adsorption, coating, dyeing, anti-ageing, and gluing of wood. The practical guiding significance of the existed models is not clearly due to the dynamic evolvement rule and influence mechanisms of wood surface wettability are not considered in the models. In the research, two kinetic equations of permeability are established combining with the specific phenomenon of wood-liquid interface and the structure change of the drop contour on wood, the evolvement rule of wood wettability is also explained. The differences of liquid contact angle on the wood surface are compared with one-way analysis of variance, the reasons are also discussed. The influence of determination method of contact angle, difference of calculation equation, difference of liquid species, number, combinations on the calculation of wood surface free energy are studied, and the wood/liquid interface energy kinetic equations are also established. The differences of wood surface physicochemical characteristics are evaluated and compared. The relationship among the dynamic evolvement of wood wettability, calculation of surface free energy, and surface physicochemical characteristics of wood are built, the impact mechanism of the calculation of surface free energy and the physicochemical characteristic on wood wettability are revealed. Investigating the dynamic evolvement rule of wood surface wettability and its influence mechanism that have remarkable theoretical significance and practical value for improving the wood surface machined properties, choosing and using the adhesive and painting, and controlling the wood interface structure.

木材表界面润湿特性与其表面吸附、涂饰、染色、耐老化以及胶合等性能密切相关。针对现有润湿方程未考虑液体在木材表面润湿动态演变规律及演变机制，导致实际指导意义不强的问题。本项目以6种不同木材为研究对象，分析液滴在木材表面的变化历程，构建润湿动力学方程，采用接触角与液滴表面轮廓形状参数相结合的分析方式，揭示木材表面润湿动态演变规律，利用单因素方差分析解析不同液体在木材表面润湿特性差异及原因；采用不同表面自由能计算方程，揭示接触角确定方式、探针液体的种类、数量以及组合对木材表面自由能计算的影响规律，构建木材表面自由能随润湿时间变化的函数关系，建立界面能动力学方程；解析不同木材表面物理化学特性之间的差异及原因，构建木材表面润湿动态演变规律与表面自由能计算、表面物理化学特性之间的关系，阐明木材表面润湿动态演变机制。为木材表面加工性能的改善、胶粘剂及涂料的选择与使用、表界面结构的调控等提供理论依据。

木材及生物质材料的表界面润湿特性与其表面吸附、涂饰、染色、耐老化以及胶合等性能密切相关，是表界面特性中最重要的参数之一。准确地、合理地解释液体在木材及生物质材料表面润湿的动力学现象以及揭示木材表面润湿动态演变规律，可为改善生物质材料表面加工性能、指导胶粘剂及涂料的选择与使用以及生物质材料表面功能性改良等方面提供依据。主要研究内容为：（1）阐明木质材料表面自由能计算过程中的接触角确定方法和木质材料表面润湿规律。（2）揭示探针液体的数量、组合以及表面张力参数都对表面自由能及其分量的影响；阐明木质材料表面自由能计算过程中的变化规律。（3）构建了不同动态润湿方程的讨论及优缺点分析体系。（4）解析了表面化学组成对木材表面超疏水性能的影响规律并实现了基于低表面自由能的木材超疏水表面的仿生构建。（5）生物质膜复合材料表面润湿性研究并解释了无机-有机交联体系对表面润湿性的影响规律。主要结果：（1）构建了分段线性模型及指数润湿模型等木材润湿动力学方程2个（线性分段方程及指数方程），系统解释液体在木材及生物质材料表面的扩散、渗透现象。（2）揭示了固-液界面自由能的影响规律，探针液体的数量、组合以及表面张力参数都对表面自由能及其分量的影响，相比较于Zisman方程和OWRK 方程，CQC和vOCG方程能提供更多的表面信息。（3）构建木材表面自由能计算方程接触角拟合方法1个，利用0-10s获得接触角，并计算表面自由能是最优方法。（4）揭示表面化学组成对木材表面润湿特性的影响规律，并仿生构建了可调控的低表面自由能的稳固型木材超疏水表面，多巴胺通过共价与非共价作用成功负载在木材的表面，甲基硅酸钠不仅提供了强碱性环境，其水解生成的具有疏水能力的聚合物成功负载在表面，实现了木材表面润湿性能的调控。.项目第一标注共发表论文9篇；其中SCI论文5篇，中文论文4篇。