為了同時(shí)解決木竹材的尺寸穩(wěn)定性及霉腐問題,論文闡述了殼聚糖/聚乙烯醇(CS/PVA)和殼聚糖/聚丙烯酸酯類(CS/PEMA)兩種交聯(lián)聚合物合成及其在木竹材中的原位構(gòu)建。從單體比例、引發(fā)劑、交聯(lián)劑類型及用量對(duì)聚合物進(jìn)行優(yōu)化,得到吸水和吸濕溶脹性較小且適于木竹材改性處理的聚合物體系。采用原位反應(yīng)在木竹材中分別構(gòu)建載藥CS/PVA和CS/PEMA體系,研究處理后木竹材在吸水-干燥和吸濕-干燥三次循環(huán)過程中的尺寸穩(wěn)定性、防腐和防霉性能。利用傅利葉變換紅外光譜、掃描電鏡和熱分析等方法測(cè)試聚合物和處理材的結(jié)構(gòu)及形貌,分析其抗菌和防裂機(jī)理。主要結(jié)果如下:(1)以聚合物的溶脹度為響應(yīng)值,以CS、PVA和復(fù)合交聯(lián)劑(GA)用量為自變量,設(shè)計(jì)響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn),研究CS/PVA聚合物的溶脹性。結(jié)果顯示,PVA的用量對(duì)聚合物的溶脹度影響最大,CS用量次之,GA用量對(duì)溶脹度的影響最小,得出最優(yōu)處理方案為:CS占總量的0.51%,PVA占3.30%,GA占0.13%。對(duì)CS/PVA聚合物的紅外分析和熱重分析(DTG)結(jié)果顯示,聚合物形成了交聯(lián)結(jié)構(gòu),并且熱穩(wěn)定性得到了一定的提升。(2)木竹材中原位構(gòu)建CS/PVA聚合物,研究處理材的尺寸穩(wěn)定性和防霉防腐性能。處理后的竹材在三次吸水-干燥循環(huán)中抗脹率最高達(dá)47.82%,改性處理的木材的抗脹最高達(dá)40.53%;吸濕-干燥三次循環(huán)中,改性后竹材抗脹率最高為63.07%,改性木材的抗脹率最高為59.77%�？梢钥闯�,木材和竹材中原位構(gòu)建CS/PVA均能顯著改善其尺寸穩(wěn)定性。室內(nèi)防霉試驗(yàn)結(jié)果顯示,竹材中原位構(gòu)建載有IPBC和氯化銅(Cu~(2+))的CS/PVA聚合物在一個(gè)月的室內(nèi)防霉測(cè)試中未出現(xiàn)霉變現(xiàn)象。(3)竹材中原位反應(yīng)構(gòu)建載有丙環(huán)唑(PPA)和Cu~(2+)的CS/PVA聚合物在三個(gè)月的防腐試驗(yàn)中,白腐菌造成的質(zhì)量損失率分別為4.99%和5.01%,與PPA和Cu~(2+)單獨(dú)處理竹材質(zhì)量損失率相當(dāng),遠(yuǎn)低于未處理材;褐腐造成的質(zhì)量損失率12.84%和14.05%,略低于PPA和Cu~(2+)單獨(dú)處理竹材的質(zhì)量損失率。木材中原位構(gòu)建載有PPA和Cu~(2+)的聚合物,白腐菌造成的質(zhì)量損失率分別為2.82%和2.26%;褐腐造成的質(zhì)量損失率分別為8.21%和7.88%。木竹材中原位構(gòu)建CS/PVA載藥聚合物能明顯提高其耐腐性。(4)響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,EMA/CS用量對(duì)聚合物溶脹度影響最大,GA、過硫酸銨(APS)和N,N-亞甲基雙丙烯酰胺(BIS)用量對(duì)溶脹度影響程度依次減小,得出最小溶脹度方案為CS占總量的0.50%,EMA占53.50%,APS占0.05%,BIS占0.09%,GA占0.15%。通過紅外和DTG的結(jié)果顯示,CS與EMA之間形成了交聯(lián)接枝聚合物。(5)木竹材中原位構(gòu)建CS/PEMA聚合物,研究處理材的尺寸穩(wěn)定性和防霉防腐性能。CS/PEMA處理的竹材在三次吸水-干燥循環(huán)中抗脹率最高達(dá)59.04%,改性處理的木材的抗脹最高達(dá)53.32%;吸濕-干燥三次循環(huán)中,改性處理的竹材抗脹率最高為68.87%,改性木材的抗脹率最高為70.65%�？梢钥闯�,木材和竹材中原位構(gòu)建CS/PEMA均能顯著改善其尺寸穩(wěn)定性。室內(nèi)防霉實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,CS/PEMA改性的竹材對(duì)霉菌的生長(zhǎng)較好的抑制作用,竹材未出現(xiàn)霉變現(xiàn)象;竹材中原位構(gòu)建載有IPBC和Cu~(2+)的CS/PEMA聚合物在一個(gè)月的室內(nèi)防霉測(cè)試中未出現(xiàn)霉變現(xiàn)象。(6)竹材中原位反應(yīng)構(gòu)建載有PPA和Cu~(2+)的CS/PEMA聚合物,處理材在三個(gè)月的防腐試驗(yàn)中,白腐菌造成的質(zhì)量損失率分別為3.71%和5.99%,褐腐造成的質(zhì)量損失率分別為3.71%和6.72%;木材中原位反應(yīng)構(gòu)建載有PPA和Cu~(2+)的聚合物,白腐菌造成的質(zhì)量損失率分別為1.06%和3.53%,遠(yuǎn)低于未處理材;褐腐造成的質(zhì)量損失率4.99%和3.75%。木竹材中原位構(gòu)建CS/PEMA載藥聚合物能明顯提高木竹材的耐腐性能。以上結(jié)果表明,利用殼聚糖基交聯(lián)聚合物對(duì)木竹材進(jìn)行改性處理,提高了木竹材的尺寸穩(wěn)定性,利用聚合物載藥處理木竹材,具有較好的防霉防腐性。
【學(xué)位單位】：浙江農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S781
【部分圖文】：

說明兩種因素之間交互作用較弱。圖 2.1 曲面 3D 圖中，PVA 面曲線比CS 面曲線陡峭，說明 PVA 用量對(duì)聚合物溶脹度影響較大；等高線圖中，形狀呈橢圓形，說明 CS 和 PVA 之間有較好的相互作用。圖 2.2 曲面圖中 PVA 面曲線比 GA 面曲線陡峭，PVA 用量對(duì)聚合物的影響程度大于 GA 用量；圖 2.3 中等高線圖形狀也呈現(xiàn)橢圓形，說明 PVA 與 GA 之間的相互作用也較為明顯。圖 2.3 中 CS 面曲線比 GA面曲線陡峭，CS 用量影響程度高于 GA 用量。所以三種自變量顯著程度 PVA 用量>CS用量>GA 用量，與方差分析的結(jié)果一致。CS和PVA中帶有-NH2和-OH，這兩種基團(tuán)都具有較強(qiáng)的吸水性，GA作為一種交聯(lián)劑，能同時(shí)交聯(lián)CS與PVA，減少聚合物中游離羥基的數(shù)量，起到降低聚合物溶脹度的作用。在CS/PVA聚合物中，PVA相較于CS在聚合物中占的用量較多，因此，PVA的用量對(duì)溶脹度的影響最大。在反應(yīng)過程中，更多的復(fù)合交聯(lián)劑用于交聯(lián)PVA，CS在共混物中含量較低，因而與GA反應(yīng)的數(shù)量有限，導(dǎo)致GA與CS之間的交互作用不明顯。

圖 2.2 GA、PVA 用量的響應(yīng)曲面圖和等高線圖Figure 2.2 Response surface map and contour map of GAand PVAdosage圖 2.3 GA、CS 用量的響應(yīng)曲面圖和等高線圖Figure 2.3 Response surface map and contour map of GAand CS dosage

15圖 2.3 GA、CS 用量的響應(yīng)曲面圖和等高線圖Figure 2.3 Response surface map and contour map of GAand CS dosage2.2.2 紅外光譜分析為了探究交聯(lián)CS、交聯(lián)CS/PVA和交聯(lián)PVA聚合物中結(jié)構(gòu)的不同，進(jìn)行紅外分析，結(jié)果如圖 2.4。CS譜圖中，1560cm-1處是-NH2的特征峰，1660cm-1是酰胺基團(tuán)中-C=O的伸縮振動(dòng)峰，3458cm-1處代表-OH和-NH2疊加的伸縮振動(dòng)。在CS/PVA譜圖中，3320cm-1處的寬峰，對(duì)應(yīng)于CS和PVA中的-OH和-NH2基團(tuán)，在 1560cm-1附近出現(xiàn)一個(gè)弱吸收峰，代表CS中的-NH2基團(tuán)，因?yàn)镃S的脫乙酰度較高，因此該處峰強(qiáng)度較弱。PVA和CS/PVA譜圖中 1424cm-1代表PVA中的羥基與GA發(fā)生羥醛縮合反應(yīng)形成的-C=O，CS/PVA譜圖中 1092 cm-1附近的峰為C-O-C吸收峰，該峰峰強(qiáng)峰寬發(fā)生變化，
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2846165