基于复合乳液相分离的木材内蒙脱土杂化植物油/蜡双层疏水屏障的形成机制与调控

Increasing the hydrophobicity and dimensional stability of wood efficiently and steadily is one of the key points in the studies of wood modification. The key to solve this difficulty is to develop a new type of complex water repellent in which the active ingredients can show the synergistic effect on wood hydrophobization. According to organic-inorganic hybrid technique, the complex water repellent is prepared with organo-montmorillonite, plant oil and wax as the main active ingredient in this project. And this emulsion will be introduced into wood by impregnation process. Based on superhydrophobic technique, the nano-clay/plant oil/wax hybrid double layer hydrophobic barrier will be prepared on the wood cell wall surfaces by regulating phase separation during the process of emulsion breaking. And then, the bonding mechanism at the interface between wood cell wall and hydrophobic barrier will be elucidated, thus the hydrophobization and dimensional stabilization mechanism of this complex water repellent will be reviewed on interfacial adsorption level. The results from this project will provide a new method for developing new type of water repellent and hydrophobic wooden material, which have great meaning to provide the scientific methods for wood hydrophobization and dimensional stabilization.

如何赋予木材高效且长期稳定的疏水性与尺寸稳定性是木材保护与改性领域的研究重点之一，开发能产生多组分协同效应的复合型木材防水剂是破解这一问题的关键。本项目以有机蒙脱土、植物油和蜡为主要原料，利用有机-无机杂化技术制备复合防水乳液，用于木材改性处理。在借鉴超疏水改性技术的基础上，重点通过对破乳过程中乳液有效成分相分离机制的分析，实现掺杂有纳米粘土的植物油/蜡双层疏水屏障在木材细胞壁表面的构建与调控，并探究双层疏水屏障与木材细胞壁之间的界面结合机理，从而从界面结合模式的层面上揭示多组分复合型木材防水剂协同提高木材疏水性与尺寸稳定性的机制。研究成果将为新型木材防水剂与疏水木质材料的开发提供新思路，对科学的实现木材的疏水改性和尺寸稳定化改性具有重要意义。

如何赋予木材高效且长期稳定的疏水性与尺寸稳定性是木材保护与改性领域的研究重点之一，开发能产生多组分协同效应的复合型木材防水剂是破解这一问题的关键。本项目以有机蒙脱土、植物油和蜡为主要原料，利用有机-无机杂化技术制备多种类型的复合防水乳液，用于木材改性处理。研究所制备的石蜡/棕榈蜡复合乳液，当比例为5:5或7:3，后处理温度为70℃时，能够形成较为理想的疏水结构；不同温度下，乳液组分不同步熔融与凝固导致破乳过程中的相分离。所制备的环氧亚麻油乳液及油/蜡复合乳液的稳定性良好，平均粒径较低，同时具有一定的抗生物劣化性效果，高于80℃时，能够在木材内部短时间固化成膜；两步法和一步法改性都可以在木材内形成油-蜡双层疏水结构，显著改善了处理材的疏水性，进一步提高杨木的防水效率，综合考虑改性效果及处理工艺，两步法优于一步法；环氧亚麻油较难和木材产生直接的化学反应，但是仍可通过覆盖作用，显著的减少木材中的吸湿位点数量，从而提升木材多方面性能。在复合乳液中添加蒙脱土，可进一步降低木材的吸水性，提高木材的抗弯强度、抗压强度和表面硬度，减少木材的光老化，并降低处理材的金属腐蚀性，与0.5%的有机蒙脱土添加量相比，1.0%的有机蒙脱土添加量可以更好的提升上述性能。上述研究成果为新型木材防水剂与疏水 木质材料的开发提供新思路，对科学的实现木材的疏水改性和尺寸稳定化改性具有重要意义。