木材表面遗态仿生构建类荷叶自清洁超疏水微/纳米结构

受荷叶效应启发,使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)模板二次转印复型技术,在负载聚乙烯醇缩丁醛(PVB)涂层的白蜡木素材表面遗态仿生制备了类荷叶微/纳米结构形貌,并赋予木材表面自清洁超疏水特性。通过扫描电子显微镜、能谱元素分析仪、X射线衍射光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱仪以及静态水接触角仪对白蜡木素材和遗态仿生类荷叶自清洁超疏水木材试样的微观形貌、化学元素组成、表面化学状态以及润湿性进行表征。结果表明,遗态仿生制备的类荷叶自清洁超疏水木材表面具有与荷叶表面微/纳米乳突结构类似的微观形貌。遗态仿生类荷叶自清洁超疏水木材没有改变白蜡木素材原有的色彩纹理,其表面静态水接触角约为151°,滚动角为6°,接近于遗态材料荷叶表面的接触角与滚动角,表现出超疏水能力;同时,表面的石墨粉能被水滴轻松冲洗掉,具有自清洁特性。这主要是由于木材表面沉积的PVB混合涂层中羟基与木材表面的羟基相结合,使其表面羟基数量有所减少,此外,含氟长链烷基聚合物的存在也增强了木材表面的疏水性能。

自清洁超疏水无胶纳米纤丝化复合材料的制备及其性能

以松木纤维为原料,通过机械胶膜法将松木纤维和改性贝壳粉体有效地复合在一起,再通过无胶热压得到高机械性能、自清洁超疏水复合材料。借助扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)对复合材料的形貌结构、化学组分的主要基团和元素变化进行分析,对其润湿性能进行探索以确定自清洁超疏水特性。结果表明:SEM显示贝壳粉体与松木纤维能够有效地粘合在一起;木质纤维素复合材料FTIR谱图显示,在1498 cm^-1处的离子的晶格振动峰变宽,即木质纤维素复合材料与改性贝壳粉体发生化学吸附,即活化改性产生新的化学键;XPS图谱显示通过OH-键在自清洁超疏水木质纤维素复合材料表面上附着有改性贝壳粉体;木质纤维素复合材料表面水接触角为153°,表面的石墨粉被滚动的水滴带走,水滴中充满了污染物,显示出自清洁能力,形成一个清洁的表面;纳米木质纤维素/甲壳素复合材料的静曲强度、弹性模量、内结合强度分别为34.04、7043、0.955 MPa;同时还表现出一定的尺寸稳定性,及吸水厚度膨胀率仅为3.32%。