木材和以木材为基础的复合材料被广泛用于建筑、家具和装饰材料，因为生态原因，也因为木材表面的迷人外观。188金宝搏bet官网然而，由于其柔软性和吸水性，素木和木复合材料表面很容易被水和机械磨损损坏。通过使用基于溶胶-凝胶混合概念的涂层系统，可以获得具有改善表面性能的木制品。通过调整和优化溶胶-凝胶的组成，可以使薄涂层的性能朝着预期的方向发展。由陶瓷网络和聚合物化合物组成的涂料系统已被开发出来，以便为木制基材制造透明的耐磨和防水表面。
溶胶-凝胶复合涂层为改善不同材料的表面性能提供了一种新的途径。188金宝搏bet官网这些涂层可以应用在金属、陶瓷、玻璃、聚合物、混凝土甚至木材上。由于无机组分的存在，无机/有机杂化涂料具有较高的热稳定性和机械稳定性，而有机组分则决定了涂料的柔韧性和成膜性。通过调整成分，可以制造出具有高耐磨性和抗划伤性的薄混合涂料
木材作为一种可再生和经济的自然资源，是各种家具和建筑应用的最重要的原材料之一。188金宝搏bet官网木材和木材复合材料表面的吸引人的外观和感觉最好是用薄而透明的涂层保护，不会显著改变基材的外观。溶胶-凝胶技术可以形成这种厚度只有几微米的涂层。溶胶-凝胶沉积法已成功地应用烷氧基硅烷处理木材，以保护木材不受风化此外，烷氧基硅烷在木质表面的溶胶-凝胶沉积被认为会导致与基材共价键合的聚硅氧烷网络。2-4此外，可以调整处理参数，即涂层的固化温度，以使基材中不发生热降解。
在这项研究中，通过磨损过程前后的表面特征测量(例如，表面能、疏水性、光泽度、表面结构的显微镜评估)，评估了松和桦木基质上的混合薄涂层的性能。
实验
松木和桦木(Pinus sylvestris和Betula pendula)标本[尺寸为5 x 50 x 100 mm(径向x切向x轴向)]被用作三种烷氧基硅烷溶胶凝胶涂层(称为PRO 1、2和3)的底材。除了平坦的刨木表面，桦木样品与丙烯酸酯漆表面被用作涂层的基材。涂层中聚合物组分的含量分别为0 wt%、38 wt%和54 wt%。以乙醇为溶剂，加入水进行水解反应。在涂覆程序之前，将涂覆溶胶搅拌几个小时，以便继续水解到适当的点。对试样的涂层应用是通过溢出涂层进行的，然后在100ºC下热处理，通过缩合反应形成薄的固体涂层。在评估涂层性能之前，将木材标本保存在相对湿度65%(25ºC)的环境中。涂层磨损测试是通过DIN 53778标准中描述的埃里克森洗涤装置进行的(图1)。标准方法在磨料介质方面略有修改:将一个苏格兰- brite垫连接到在样品表面来回滑动的雪橇上。施加在试样表面的载荷约为700 Pa。在每100个磨损循环(来回移动)后，通过接触角和光泽测量来确定涂层的表面质量。涂层总共经历了700次来回磨损循环。
用蒸馏水进行接触角测量，以检测溶胶-凝胶涂层对木材驱避性能的影响，并指出涂层在磨损过程中表面发生的变化。用于表面能测定的其他液体如下:乙二醇，甲酰胺和亚甲碘化物的分析等级。接触角是测量横向到木纹轴。用cam200光学接触角计(KSV仪器有限公司)记录接触角。利用SFE-CAM 200软件进行了表面能计算。用微三光泽度仪评估了涂层表面因磨损而引起的镜面光泽度的变化。此外，用扫描电子显微镜(SEM)监测了磨损引起的地形变化。在扫描电镜分析中，使用了二次电子(SE)和背散射电子(BSE)成像模式。
通过标准化测试方法(EN ISO 12572)评估了涂层对木材透气性的影响。从测试开始两周后记录的结果在这里报告。
结果与讨论
涂布完成后，肉眼观察三种溶胶-凝胶涂料与木器和漆器表面的附着力均较好。此外，刨平的木材表面保持相当光滑;换句话说，由于水溶胶-凝胶表面处理的结果，木材纤维通过表面突出的程度可以被认为是微不足道的。通过测量蒸馏水在表面上的静态接触角作为时间的函数，评估了溶胶-凝胶涂层对木质基材拒水性的影响。水的接触角表明，PRO 3涂层明显改善了桦木的拒水性能(图2a)。另外两种涂层似乎没有如此显著的效果。在接触角测量过程中对水滴体积的监测显示，PRO 3表面上的液滴体积与非渗透聚丙烯表面上的液滴体积相比下降了(图2b)。这说明在PRO 3表面上，在监测时间内发生的是水滴蒸发，而不是渗透到基材中。PRO 1和PRO 2涂层似乎略微减缓了水渗入基材的速度。
尽管PRO 1和2涂层的拒水和隔水效果较差，但涂有PRO 1和2涂层的样品的抗水蒸气系数明显高于参考样品(表1)。目前还没有涂有PRO 3涂层的样品的结果。
为了评估溶胶-凝胶涂层产品的整体可行性，需要了解溶胶-凝胶涂层在不同应力和环境条件下的耐久性和性能。在本研究中，重点研究了上述系统的耐磨性。通过比较涂层系统在磨损前后的防水性、光泽度和表面能，评价了涂层在scotchbrite磨损试验中的性能。在涂有PRO 2和PRO 3的桦木表面，即使涂层经历了600或700次磨损循环，也没有观察到水滴扩散(图4a)。当薄涂层PRO 2和3被用作漆木表面的面漆时，磨损PRO 2表面上的水接触角显著下降。然而，PRO 2表面磨损后的接触角远低于漆面磨损后的接触角(图4b)。一种可能的解释是:PRO 2涂层的聚合物成分被磨损了，但下面的漆面还没有暴露出来。与PRO 2涂层相反，PRO 3涂层对磨损更敏感，其下面的漆层在磨损测试的早期阶段就暴露在外。
对PRO 2涂层的扫描电镜分析还表明，即使在磨损中产生了明显的缺陷和沟槽，PRO 2涂层的表面仍然部分被涂层覆盖(图6)。从bse图像中可以看到，涂层强烈覆盖的区域呈现浅灰色，不含涂层或仅含少量涂层的区域呈现较深的颜色。
结论
研究结果鼓励考虑溶胶-凝胶涂层作为可行的木材表面处理，例如，作为表面处理系统的一部分。溶胶-凝胶涂层可以提高拒水性和水汽阻隔性能。此外，即使在本研究中使用的如此苛刻的多次刮擦测试中，溶胶-凝胶涂层也被证明具有相当的耐磨性。本文发表于2005年1月由油漆研究协会主办的纳米和混合涂料会议，曼彻斯特，英国。会议记录可通过联系会议管理员Janet Saraty (j.saraty@pra.org.uk)获得。
确认
这项研究是在芬兰国家技术局(Tekes)、VTT和工业界资助的项目内进行的。作者也要感谢Tom E. Gustafsson (VTT)进行SEM分析。
参考文献
1 Lee, M.S.;Jo, N.J.溶胶凝胶科学。科技学报，2002,8,443 -449。
2 .查巴拉拉，文学硕士;Gangstad, j.e.j. Ctgs。科学通报，2003,27(3):344 - 344。
查巴拉拉，文学硕士;Kingshott p;VanLandingham,硕士;普莱凯特，d.j. Appl。变异较大。科学通报2003,88,2828-2841。
4 Mai, C.;米列兹，H.成本E22行动，2003年，芬兰图苏拉。
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