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给杨木重组木穿上疏水“防护衣”

发布日期: 2023-09-14 04:51:58 作者: 金博体育苹果app/锯材

  在金属材料领域,超疏水金属表面早已取得成功。然而在工程木质材料领域,要想在重组木材表面构建超疏水功能,长期以来是一个巨大挑战。

  受黑莓果实表面形态及其多级结构的启发,近日西南林业大学高伟教授团队成功制备出杨木重组木新材料,并赋予其超强抗紫外线、超疏水和疏水自恢复功能,进一步拓展了重组木质材料的应用领域。

  已有研究证实,不进行表面化学修饰,就可在金属表面构建出微纳米分级结构,实现金属表面的超疏水改性;金属表面也可直接通过氧化反应生成金属氧化物,再联合结构调控技术即可制备出无低表面能物质参与的超疏水表面。

  但要实现重组木表面超疏水,却并非易事。1973年,澳大利亚科学家约翰道格拉斯科尔曼第一次提出“重组木”的概念,即“不打乱纤维的排列方向,保留木材的基本特性,进而重新组成具有木桁架那样强度的产品”。高伟和记者说,相比超疏水金属表面,在重组木表面构筑微纳米的粗糙结构具有更大挑战。一是重组木表面密度更高、初始粗糙度更低,难以用喷涂等常规加工方法在其表面构筑超疏水功能;二是常规户外木器涂料用于重组木材表面涂饰后,在遭受温湿度变化、紫外线长时间照射时,会发生保护功能的永久性丧失。

  “重组木材料主要是以人工林木材、竹材和灌木等生物质资源为原材料,采用纤维定向分离技术制备重组单元,经树脂浸渍、干燥和成形压制而成的一种材料。”参与项目实验工作的西南林业大学硕士研究生姜海秋介绍。

  近年来,高伟团队聚焦木质先进功能材料基础研究和应用开发,在实木锯材、工程木质复合材料表面超疏水、自清洁、抗紫外线、抗老化等先进功能材料方面展开了系列研究。团队通过研发创新,目前已形成疏水多功能改性重组竹、重组木两大系列产品。

  杨木重组木在木结构及户外建筑等领域使用广泛,但杨木会因水分变化而出现很多问题,导致其物理力学性能降低。“在杨木重组木表面成功构筑超疏水功能,赋予木材抗污、抗紫外线、自清洁等功能的同时,还可为其他工程木质材料超疏水改性研究提供理论和技术参考。”高伟说。

  自然界中,黑莓果实由许多小单果聚生而成,每一粒小单果包裹一颗种子,果实在成熟后圆润饱满,耐紫外线照射、不易积水、不易“招惹”真菌,看起来颗粒分明,黑亮诱人。

  受黑莓果实形貌及多级结构启发,高伟团队在不使用低表面能物质改性的情况下,在杨木重组木表面原位合成全黑莓状或黑莓和八面体混合结构,以及部分规则簇状结构的铜化合物纳米颗粒。在显微镜下看,如同给杨木重组木穿上一件缀满黑莓成熟果实的外衣,首次在杨木重组木上实现了超疏水和自恢复功能。

  “这种穿上新衣的杨木重组木新材料,暴露在紫外线小时后,仍保持着超疏水状态。此外,在超疏水功能丧失后,通过简单的加热处理或大气环境放置就可以恢复超疏水功能。”西南林业大学汤正捷博士说。

  在西南林业大学木质先进功能材料创新研究团队实验室,记者看到用细流水轻轻一冲,即可将超疏水杨木重组木表面的尘泥全部带走;将其置于墨汁等污液中,取出后表面洁净如初。

  “该材料具备极强的拒水性,因此作为室外用材可延长建筑的常规使用的寿命。”姜海秋介绍。此外,超强的抗紫外线性能,使其长时间暴露在恶劣环境中仍能避免因光照老化引起的物理力学性能的降低,同时该材料还具有防污、防腐、防霉等功能。为此,这种重组木制品可作为建筑材料,大范围的应用于景观木结构建筑、木质护栏、木质栈道、户外木地板、建筑外墙等。

  “最为难得的是,制备超疏水杨木重组木的方法简单、成本低,在逐步优化工艺流程后,就可以实现规模化生产。”高伟说,该杨木重组木新材料所用制备方法及技术同样可应用于其他基材表面,具备一定的普适性,整体技术具有产业化应用前景。

  在金属材料领域,超疏水金属表面早已取得成功。然而在工程木质材料领域,要想在重组木材表面构建超疏水功能,长期以来是一个巨大挑战。

  受黑莓果实表面形态及其多级结构的启发,近日西南林业大学高伟教授团队成功制备出杨木重组木新材料,并赋予其超强抗紫外线、超疏水和疏水自恢复功能,进一步拓展了重组木质材料的应用领域。

  已有研究证实,不进行表面化学修饰,就可在金属表面构建出微纳米分级结构,实现金属表面的超疏水改性;金属表面也可直接通过氧化反应生成金属氧化物,再联合结构调控技术即可制备出无低表面能物质参与的超疏水表面。

  但要实现重组木表面超疏水,却并非易事。1973年,澳大利亚科学家约翰道格拉斯科尔曼第一次提出“重组木”的概念,即“不打乱纤维的排列方向,保留木材的基本特性,进而重新组成具有木桁架那样强度的产品”。高伟和记者说,相比超疏水金属表面,在重组木表面构筑微纳米的粗糙结构具有更大挑战。一是重组木表面密度更高、初始粗糙度更低,难以用喷涂等常规加工方法在其表面构筑超疏水功能;二是常规户外木器涂料用于重组木材表面涂饰后,在遭受温湿度变化、紫外线长时间照射时,会发生保护功能的永久性丧失。

  “重组木材料主要是以人工林木材、竹材和灌木等生物质资源为原材料,采用纤维定向分离技术制备重组单元,经树脂浸渍、干燥和成形压制而成的一种材料。”参与项目实验工作的西南林业大学硕士研究生姜海秋介绍。

  近年来,高伟团队聚焦木质先进功能材料基础研究和应用开发,在实木锯材、工程木质复合材料表面超疏水、自清洁、抗紫外线、抗老化等先进功能材料方面展开了系列研究。团队通过研发创新,目前已形成疏水多功能改性重组竹、重组木两大系列产品。

  杨木重组木在木结构及户外建筑等领域使用广泛,但杨木会因水分变化而出现很多问题,导致其物理力学性能降低。“在杨木重组木表面成功构筑超疏水功能,赋予木材抗污、抗紫外线、自清洁等功能的同时,还可为其他工程木质材料超疏水改性研究提供理论和技术参考。”高伟说。

  自然界中,黑莓果实由许多小单果聚生而成,每一粒小单果包裹一颗种子,果实在成熟后圆润饱满,耐紫外线照射、不易积水、不易“招惹”真菌,看起来颗粒分明,黑亮诱人。

  受黑莓果实形貌及多级结构启发,高伟团队在不使用低表面能物质改性的情况下,在杨木重组木表面原位合成全黑莓状或黑莓和八面体混合结构,以及部分规则簇状结构的铜化合物纳米颗粒。在显微镜下看,如同给杨木重组木穿上一件缀满黑莓成熟果实的外衣,首次在杨木重组木上实现了超疏水和自恢复功能。

  “这种穿上新衣的杨木重组木新材料,暴露在紫外线小时后,仍保持着超疏水状态。此外,在超疏水功能丧失后,通过简单的加热处理或大气环境放置就可以恢复超疏水功能。”西南林业大学汤正捷博士说。

  在西南林业大学木质先进功能材料创新研究团队实验室,记者看到用细流水轻轻一冲,即可将超疏水杨木重组木表面的尘泥全部带走;将其置于墨汁等污液中,取出后表面洁净如初。

  “该材料具备极强的拒水性,因此作为室外用材可延长建筑的常规使用的寿命。”姜海秋介绍。此外,超强的抗紫外线性能,使其长时间暴露在恶劣环境中仍能避免因光照老化引起的物理力学性能的降低,同时该材料还具有防污、防腐、防霉等功能。为此,这种重组木制品可作为建筑材料,大范围的应用于景观木结构建筑、木质护栏、木质栈道、户外木地板、建筑外墙等。

  “最为难得的是,制备超疏水杨木重组木的方法简单、成本低,在逐步优化工艺流程后,就可以实现规模化生产。”高伟说,该杨木重组木新材料所用制备方法及技术同样可应用于其他基材表面,具备一定的普适性,整体技术具有产业化应用前景。

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