利用原子轉移自由基聚合方法的木材表面功能性改良.pdf

1、木材具有吸濕性和干縮濕脹的特性，當其周圍環(huán)境濕度變化時，很容易引起木材本身的變形和開裂。用疏水性的基團取代木材表面羥基基團，可以降低木材的吸濕性，減弱其因環(huán)境濕度變化而產生的變形。由于木材表面細胞壁內含有糖類和淀粉等營養(yǎng)物質，易于菌類的生長繁殖，引起木材的變色和腐朽，可通過在木材表面生長或負載抗菌性材料的方法，減少木材因菌類生長而產生的缺陷。原子轉移自由基聚合(Atom Transfer Radical Polymerization,A

2、TRP)是一種新穎的“活性”/可控的聚合方法。利用表面引發(fā)ATRP的方法在纖維素及天然纖維表面成功的接枝了多種聚合物。具有環(huán)境友好性和易于操作的ARGET ATRP(Activators Regenerated by Electron Transfer ATRP)工藝的發(fā)明，有利于該工藝在工業(yè)上的推廣應用。本研究利用ARGET ATRP方法在木材表面接枝聚合高分子單體，對木材表面進行功能性改良，可賦予木材表面多種功能性，并可延長木材的使

3、用壽命，擴大其應用領域。
　　 本研究首先以3種不同接枝工藝（常規(guī)工藝、木材試件經氫氧化鈉活化處理后常規(guī)工藝接枝引發(fā)劑和加熱工藝）探索在木材表面接枝引發(fā)劑(2-溴異丁酰溴)的接枝效果，從中選擇使用加熱工藝在木材表面接枝引發(fā)劑，進而探討了引發(fā)劑濃度、反應溫度和反應時間對加熱工藝接枝引發(fā)劑效果的影響并確定最佳的接枝引發(fā)劑工藝。在木材表面接枝引發(fā)劑后，利用ARGET ATRP方法在其表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚甲基丙烯酸縮

4、水甘油酯(PGMA)并用棕櫚酰氯封端處理，由此制備疏水性木材表面；在木材表面接枝聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯(PDMAEMA)，制備具有pH敏感性的木材表面；通過季銨化處理接枝到木材表面的PDMAEMA以及在木材表面接枝PAA螯合銀離子后原位還原兩種方法，制備具有抗菌性的木材表面。對上述幾種功能性改良處理后的木材表面進行表征，結果如下：
　　 (1)利用ARGET ATRP方法在木材表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，制得疏水性的木

5、材表面。FTIR、SEM和TGA的測定結果均表明，PMMA已成功接枝到木材表面，而且其接枝率隨接枝時間的延長而增加。接觸角的測定結果顯示，接觸角及接觸角維持時間隨PMMA接枝量的增加而增大。
　　 (2)利用ARGET ATRP方法在木材表面接枝聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(PGMA)，水解開環(huán)后與棕櫚酰氯反應，制得疏水性木材表面。FTIR、SEM和TGA的測定結果均表明，PGMA已成功接枝到木材表面，而且棕櫚酰氯成功地與開環(huán)后的PG

6、MA發(fā)生反應。PGMA的接枝量可通過調整接枝時間進行控制。接觸角的測定結果表明，通過預先在木材表面接枝PGMA然后開環(huán)與棕櫚酰氯反應的方式，比木材直接與棕櫚酰氯反應的方式處理效果好，所制得木材表面具有更好的疏水性。
　　 (3)利用ARGET ATRP方法在木材表面接枝聚甲基丙烯酸二甲胺乙酯（PDMAEMA），制得潤濕性隨pH變化的木材表面。FTIR,SEM-EDX和TGA的檢測結果表明，PDMAEMA已經成功地接枝到木材表面，

7、結合XPS結果可知，木材表面被PDMAEMA完全覆蓋，覆蓋深度大于XPS的測試深度。測定制得樣品的接觸角，當測試溶液的pH從2.21增加到13時，樣品接觸角的變化并不明顯。增加酸性液體和堿性液體的濃度后，樣品wood-PDMAEMA表面表現出不同的潤濕性：親水性（酸性液體）、疏水性(CA=128°，堿性液體)。
　　 (4)采用鹵代烷對木材表面的PDMAEMA進行季銨化處理，制得具有殺菌功能的木材表面。FTIR和SEM-EDX的

8、檢測結果表明，該方法可以成功地在木材表面制得季銨鹽。以E.coli為測試菌種，采用光密度法測試制得樣品的抗菌性，結果表明，制得的木材表面對E.coli具有良好的抗菌性能。
　　 (5)利用ARGET ATRP方法在木材表面接枝聚丙烯酸叔丁酯(PtBA)，然后在三氟乙酸作用下將木材表面的PtBA水解為PAA，利用PAA表面大量的羧基(-COOH)螯合銀離子，然后用NaBH4原位還原，制得負載有納米銀的木材表面。EDX、面分布和XR