【摘要】：木材是當(dāng)今世界四大材料(鋼材、水泥、木材、塑料)中唯一可再生、可循環(huán)利用和可自然降解的材料。然而,不透明、不耐水和力學(xué)性能差等缺點(diǎn)制約了木材的使用范圍。為了充分利用儲(chǔ)量豐富的木材資源,并探索木材纖維素資源的高附加值利用的新方法,本研究利用納米復(fù)合技術(shù),通過去除木材中的吸光物質(zhì)或提取木材中的納米纖維素,并用透明樹脂填充空隙,得到了透明、耐水且力學(xué)性能優(yōu)良的透明木基復(fù)合材料。本文主要研究?jī)?nèi)容包括木材-透明樹脂復(fù)合材料的制備和光學(xué)性能調(diào)控、納米纖維素的提取和疏水改性、納米纖維素-透明樹脂復(fù)合材料的制備和力學(xué)性能調(diào)控、纖維素-銀納米線復(fù)合材料的制備和光電性能調(diào)控。取得的主要結(jié)果如下:(1)依據(jù)光的折射原理,選擇與木材纖維素折射率匹配度和相容性都極高的透明樹脂,填充去木質(zhì)素木材的孔隙,制備得到了可見光透過率高于86%的木材-透明樹脂復(fù)合材料。該復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度為70 MPa,抗彎強(qiáng)度為120 MPa,楊氏模量為3 GPa,力學(xué)性能達(dá)到了建筑采光窗的要求。進(jìn)一步,選擇具有紅外阻隔功能的CsxWO3納米顆粒作為添加劑,通過三元復(fù)合制備了在1500 nm近紅外光透過率低至3%,導(dǎo)熱系數(shù)僅為玻璃導(dǎo)熱系數(shù)五分之一的木材-透明樹脂-CsxW03復(fù)合材料。木材-透明樹脂-CsxWO3復(fù)合材料作為采光窗并使用時(shí),既可以有效隔絕屋內(nèi)外的熱量傳遞,同時(shí)還可以屏蔽太陽光的紅外輻射,從而降低空調(diào)的使用耗能。(2)根據(jù)纖維素葡萄糖基單元上不同位置羥基的活性差異,以己酰氯為改性劑對(duì)微米級(jí)的木材纖維素進(jìn)行表面改性,經(jīng)二甲亞砜溶脹后制備得到了納米的疏水性纖維素。進(jìn)一步,以疏水性纖維素為原料制備了疏水性纖維素紙(水接觸角為110°),解決了木材纖維素材料耐水性的問題。由于該疏水性纖維素紙具有類似木材微孔結(jié)構(gòu)的連續(xù)孔道結(jié)構(gòu),可以通過先制備疏水性纖維素紙,再注入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的方法制備納米纖維素-PMMA復(fù)合材料(納米纖維素的質(zhì)量占比可以達(dá)到50%,可見光透過率可以達(dá)到91%,抗拉強(qiáng)度比純的PMMA薄膜提升了 5倍)。(3)針對(duì)木材纖維素表面含有大量羥基,容易形成氫鍵的特點(diǎn),選擇多元醇法制備的銀納米線為導(dǎo)電功能單元,制備了纖維素-銀納米線復(fù)合材料和纖維素-多巴胺-銀納米線復(fù)合材料。研究表明:a、纖維素-銀納米線復(fù)合材料的方塊電阻為20.0Ω/sq時(shí),于550 nm的可見光透過率為87.3%,且在200次耐彎折性能測(cè)試當(dāng)中,方塊電阻的變化率小于12%,是一種性能優(yōu)良的透明導(dǎo)電材料。b、纖維素-多巴胺-銀納米線復(fù)合材料雖然不具有透明性,但對(duì)3 μm至14μm遠(yuǎn)紅外線(人體可放出此波段的紅外線)的反射率均高于70%,且使用電加熱,僅需要0.7 V的電壓,就可以將其加熱到40 ℃,滿足人表舒適溫度(37℃)的要求,可加工成具有“人體熱管理”功能的衣服。
【圖文】：

邐一邋ｎ－２逡逑圖１－３纖維素的結(jié)構(gòu)式ＰＩ逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｆｏｒｍｕｌａ邋ｏｆ邋ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ＾２４１逡逑統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，全球每年的木材纖維素產(chǎn)量大約為５００億噸，可以說纖維素逡逑是地球上最為豐富的一種天然有機(jī)材料。在環(huán)境污染、資源短缺的社會(huì)背景下，逡逑運(yùn)用顛覆性的技術(shù)（例如納米技術(shù)等），克服木材纖維素材料的天然缺陷，高效逡逑率開發(fā)木材纖維素資源，將木材纖維素應(yīng)用于新材料領(lǐng)域以提高其附加值，具有逡逑重大的研宄意義＠１４］。逡逑１．３木基復(fù)合材料逡逑如圖１－４所示，木材本身擁有可收容其它微粒（粉體）、聚合物等結(jié)構(gòu)單元逡逑的固定空間（大部分源于木材生命活動(dòng)留下的導(dǎo)管和篩管），給木材的性能提升、逡逑功能化提供了很大的發(fā)展空間１２３＿２７１。結(jié)合復(fù)合材料科學(xué)，以木材為基材來開發(fā)研逡逑制新型的高性能復(fù)合材料（木基復(fù)合材料）

重大的研宄意義＠１４］。逡逑１．３木基復(fù)合材料逡逑如圖１－４所示，木材本身擁有可收容其它微粒（粉體）、聚合物等結(jié)構(gòu)單元逡逑的固定空間（大部分源于木材生命活動(dòng)留下的導(dǎo)管和篩管），給木材的性能提升、逡逑功能化提供了很大的發(fā)展空間１２３＿２７１。結(jié)合復(fù)合材料科學(xué)，以木材為基材來開發(fā)研逡逑制新型的高性能復(fù)合材料（木基復(fù)合材料），，可在木材本身優(yōu)異性能的基礎(chǔ)之上，逡逑賦予木材新的功能，并克服木材自身的缺陷（如易潮解、易霉變等）。逡逑W逡逑圖１－４木材的多孔結(jié)構(gòu)％逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４邋Ｔｈｅ邋ｐｏｒｏｕｓ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｗｏｏｄ［２３】逡逑４逡逑
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

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1 李R

本文編號(hào)：2611325