杉木/纳米碳酸钙复合材料的制备与结构表征

• 作 者: 宫飞飞
• 机 构: 中南林业科技大学
• 出 处: 中南林业科技大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 杉木 纳米碳酸钙 改性处理 制备 结构表征

杉木是我国南方重要的人工林树种之一,具有生长速度快、加工性好、耐腐等优点,但人工速生杉木存在着材质疏松、早晚材差别较大、强度低等缺点,导致了其耐磨性、硬度等力学性能差,限制了其应用范围。所以需要对杉木进行改性处理。纳米粒子具有小尺寸效应、表面效应等其他普通材料所不具有的特殊性能,利用纳米粒子改性杉木,可发挥纳米粒子的优点,克服杉木的缺点,提高杉木的力学性能,扩大其应用领域。本文采用无水乙醇作溶剂,KH-550偶联剂和硬脂酸作为改性剂对纳米碳酸钙进行改性。改性后的纳米碳酸钙粒子能均匀的分散在溶剂中。采用直接浸渍法,将杉木试件直接浸渍在经改性处理的纳米碳酸钙悬浮液中,制得杉木/纳米碳酸钙复合材料,并对制得的复合材料进行了表面耐磨度和硬度等力学性能测试；运用傅里叶变换红外光谱、扫描电镜和X射线光电子能谱对复合材料进行了微观分析。结果表明,经过改性的杉木试件的表面耐磨度和表面硬度均有所提高；结构表征表明纳米粒子已经进入到杉木内部,并与杉木组分结合在一起。具体结论如下(1)采用无水乙醇做为溶剂,硅烷偶联剂KH-550和硬脂酸为改性剂,对纳米CaC03进行改性处理,得到的纳米CaC03悬浮液均匀、稳定。当KH-550的含量为5%、硬脂酸含量为3%时,分散最好,悬浮液可以稳定的保持七小时左右。(2)采用直接浸渍法将杉木浸渍到经过改性处理的纳米碳酸钙悬浮液中,制得杉木/纳米碳酸钙复合材料。经过改性的复合材料其增重量与分散剂的用量有关,当KH-550含量为5%、硬脂酸含量为3%时,增重量最大,达到2.03g,增重6%。(3)对制得的复合材料进行表面耐磨度和硬度测试,结果表明当KH-550的含量为5%、硬脂酸含量为3%时,试件磨耗量下降19.6%,硬度增加2.5%。(4)傅里叶变换红外光谱和扫描电镜及X光电子能谱对复合材料的表征,表明经过处理的纳米碳酸钙部分已经进入到杉木内部,并且与杉木内部的组分发生部分结合；还有部分碳酸钙粒子吸附在杉木细胞壁表面,但未形成新的化学键。