紫外輻射是木制品在戶外長期使用時面臨的最主要挑戰之一。開發具有強抗紫外性能的超疏水木材可以有效抵御紫外輻射對木材的降解,避免木材長時間在戶外暴露所產生的褪色及尺寸穩定性差等問題。開發超強抗紫外的超疏水改性木材可延長木材使用壽命,減少維護成本,符合可持續和低碳發展理念,為木材戶外應用綜合性能改善提供了可行途徑,對促進木材加工產業高質量發展具有重要意義。
改性木材的化學耐久性,特別是耐酸堿性如圖3所示。改性木材對全pH范圍的酸性和堿性液滴均表現了良好的超疏水性(CA≥150°,如圖3(a)(b)所示)。除酸、堿液滴試驗外,將改性木材在強酸和強堿(pH = 1和pH = 13)溶液中浸泡不同時長,再進行水接觸角測試,結果表明,改性闊葉材櫸木和針葉材樟子松均呈現了優良的耐酸堿能力,特別是超疏水改性后的樟子松即使在強酸和強堿溶液中浸泡48小時,水接觸角和滾動角測試結果均很穩定(見3(e))。
圖3 耐化學穩定性:(a、b、c)改性材(櫸木、樟子松)在不同pH值的酸堿液滴定后的接觸角以及疏水實物圖;(d、e)改性樣品的接觸角和滾動角隨著在強酸強堿溶液中浸泡時長的增加而變化的情況
本研究創新性地提出了一種改善實木表面超疏水耐久性的思路,采用Cu2(OH)3Cl納米顆粒、環氧樹脂、VTES和RTV改性木材,不僅成功獲得了超疏水、防污和自清潔功能,而且同時獲得了優異的耐久性,包括化學耐久性、砂紙耐磨性、耐水沖和膠帶剝落穩定性。最顯著的是,在紫外線連續輻照3168小時后,改性樣品表面顏色幾乎未發生任何變化,展示了迄今為止木材表面改性研究領域已公開報導的最佳抗紫外輻射效果,是該領域的重要研究進展。該工作以“Optimization of durable superhydrophobic wood with superstrong Ultraviolet resistance and chemical stability”為題,發表在《Chemical Engineering Journal》(中科院一區Top,IF=15.1)上。高偉教授為論文通訊作者,2021級碩士研究生劉倩和2022級碩士研究生王柏淯為論文共同第一作者,其他作者包括材料與化學工程學院碩士研究生王玲玲、楊陽以及學院楊龍研究員、杜官本教授和北京林業大學高強教授。該研究得到了國家自然科學基金(32260360),云南省應用基礎研究重點項目(202201AS070027),云南省“興滇英才”計劃青年拔尖人才專項(80201402)的資助。
【通訊作者簡介】
西南林業大學高偉教授團隊近年來致力于木質先進功能材料基礎研究和應用開發,在實木鋸材、工程木質復合材料表面超疏水、自清潔、抗紫外、抗老化以及木質油水分離材料、光催化降解有機染料、甲醛和VOCs等木質功能材料領域開展了一系列研究,已在Chem Eng J、ACS Sustain Chem Eng、Appl Surf Sci、J Environ Manage、Ind Crop Prod、Holzforschung、Wood Sci Technol等SCI期刊發表學術論文60余篇,部分研究成果已初步開始在企業轉化,培養了多名碩士研究生獲得國家留學基金委和國外高水平大學全額獎學金資助攻讀博士學位。
論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.148164
- 四川大學鄧華教授團隊:低成本、可規;椒ㄖ苽涓咝阅、多功能壓力傳感器 2020-05-27
- 我國研制新型納米材料為電網安全保駕護航 2012-05-11
- 我國開發出RTV納米材料 2009-06-26
- 福州大學賴躍坤/黃劍瑩/江獻財、新加坡國立大學林志群團隊 AM:熱致變色智能窗戶新進展:高熱穩、快相變且抗紫外 2025-03-06
- 四川大學王玉忠院士團隊 Angew VIP論文:PET化學升級回收制備抗紫外新材料 2023-12-11
- 西安石油大學王文珍教授團隊 CEJ:具有持久抗菌和耐紫外老化性能的二氧化碳基聚碳酸酯的綠色制造 2023-11-19
- 華南農大胡洋副教授/楊卓鴻教授、南亞所楊子明研究員 IJBM: 開發新型綠色包裝材料構建食品包裝用超疏水涂層紙 2025-06-25