林业科学

作者：龚珊珊,王思卿,刘涛,张晔,李傲,李建章*

单位：北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室　北京 100083

关键词：木粉,TEMPO氧化,锂铝水滑石,力学性能,增强机制,界面协同

基金：北京林业大学大学生创新创业训练计划项目（X202110022152）；国家自然科学基金项目（32071701，31722011）；北京林业大学杰出青年人才培养项目（2019JQ03004）。

目的: 探究聚乙烯醇/锂铝水滑石（PVA/LDH）分散液对巴沙木加工剩余物理化性能的影响，为构建高性能木质复合材料提供理论依据，实现木材加工剩余物的高值化利用。方法: 受天然贝壳“砖-泥”有序结构启发，以巴沙木加工剩余物（木粉）为主要原料，经脱木素和氧化改性，获得2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基（TEMPO）功能化改性木粉（T-WP），向其中加入不同比例PVA/LDH分散液，通过真空抽滤自组装过程将无机纳米片水滑石插层，构建天然有机聚合物与无机纳米片复合的高性能新型木质层状复合材料，基于FTIR、XPS、Zeta电位、力学性能等测试与分析，探究各组分间的相互作用及机械性能协同增强机制。结果: 1） 木粉粒径100目时，纯T-WP薄膜的力学拉伸强度和韧性最大，分别为（225.25±0.82）MPa 和（5.18±0.36）MJ·m?3。2） PVA/LDH纳米片体系在T-WP上成功插层，并与T-WP分子链上的含氧官能团形成氢键、静电相互作用以及共价交联作用。3） 对不同PVA/LDH添加量的T-WP-PVA/LDH复合材料进行力学性能分析，PVA/LDH添加量为20 wt%时，T-WP-PVA/LDH复合材料的拉伸强度和杨氏模量最大，分别为（287.29±4.91）MPa和（14.21±2.60）GPa，是纯T-WP的1.28和2.40倍。4） 在相对湿度90%、温度25 ℃条件下放置16 h，T-WP-PVA/LDH复合材料的吸湿率为45.43%，力学拉伸强度为105.40 MPa；在湿润土壤中，T-WP-PVA/LDH复合材料表现出较好的可生物降解特性。结论: T-WP-PVA/LDH仿生层状复合材料中，T-WP分子链上的活性含氧基团与PVA/LDH体系形成氢键、静电相互作用以及Al—O—C共价交联作用，构建协同增强体系，赋予T-WP-PVA/LDH复合材料优异的力学性能。木质层状复合材料优异的特性使其在包装、地膜、一次性餐盒等领域具有广泛应用前景，有望替代部分聚乙烯、聚丙烯等石油基产品。

来源：2024年第6期

《林业科学》期刊编辑部

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