由于纖維素含有分散甲基，這使得木質復合材料具有高吸水性。與此同時，由于木材結構中含有大量的毛細管和微毛細胞，木材表現(xiàn)出強烈的吸附和毛細凝結。這種水分吸收增加了纖維的降解，體現(xiàn)在膨脹、開裂、機械性能惡化、易腐爛等方面，進而影響木質復合材料的使用壽命和應用范圍。所以，提高木材的尺寸穩(wěn)定性，賦予木材超疏水性能是非常重要的。

在木質復合材料超疏水改性研究的基礎上，南京林業(yè)大學蔣少華教授團隊，最近在Advances in Colloid and Interface Science發(fā)表了一個標題 “Surface modifications towards superhydrophobic wood-based composites: Construction strategies, functionalization, and perspectives” 綜述文章?？偨Y了超疏水木復合材料的研究進展，系統(tǒng)闡述了影響超疏水木復合材料特性的三個關鍵因素:合成工藝、木材類型和化學藥品。其次，總結了超疏水木復合材料的多功能屬性和性能評價方法，最終為超疏水木復合材料未來的研究方向提供了基本的理論框架，為開發(fā)多功能屬性、實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的超疏水木復合材料提供了新的思路。

圖1 影響超疏水木復合材料制備特性的因素及其性能示意圖。

第一，本文要點

超疏水木復合材料的性能主要由兩個因素決定：粗糙的結構和低表面的改性。但是，制備過程涉及到多種因素，各種因素都會影響超疏水木復合材料的微觀結構和表面改性效果，從而影響木復合材料的宏觀性能特性。本總結介紹了三個關鍵決定因素：(1)制備工藝 (2) 木材物種的特異性和各種特異性 (3) 選擇化學物質。

(1)制備工藝

常見的制備策略包括溶膠-凝膠法、水熱合成法、化學氣相沉積法、模板法、蝕刻法、物理氣相沉積法及其組合。不同的制備方案和工藝條件會影響粗糙度的構建，進而影響超疏水木復合材料的疏水性能(圖2)。

圖2 MTCSCVD法制備@wood 和 PFDMS@MTCS@wood 的示意圖。

(2)基底材料

木材的固有特性受地理和氣候差異的影響，再加上其自然的多樣性，使其與玻璃、紙張、金屬等對稱基材不同。木材種類之間如此自然的差異，以及木材橫截面內的微觀結構差異，都會影響超疏水特性。對木材表面的差異進行了研究，對改性木材表面的液體進行了可視化運動(圖3)。利用木材的特殊性，最大限度地利用木材資源，具有重要的現(xiàn)實意義。

圖3 (A)原生云杉木材截面的SEM圖像是由旋轉切片機切割獲得的。(B) 10 μL液在改性LW上運動。傾斜木材樣品(44°)。

化學藥品的選擇(3)

超級疏水木復合材料不僅具有超級疏水性能，而且在制造過程中還能獲得額外的功能。結果表明，化學藥品的選擇對超疏水木復合材料的這些附加特性有很大影響。例如，超疏水木復合材料的耐久性，防紫外線。（UV）性、抗菌、抗真菌和磁性都與納米顆粒有關(圖4)，納米顆粒具有特定的粗糙結構。與此同時，表面改性材料對疏水性能起著關鍵作用。

圖4 氧化鋅木材表面可逆浸濕機理圖。

從本質上來說，充分了解制備工藝和木材的特點，化學藥品之間的相互作用對于提高超疏水木復合材料的性能尤為重要。

超疏水木復合材料的多功能屬性

基本特征對于 SWBC 在實際應用中的可行性尤為重要，因為它可以保證超疏水特性在受到外力作用時仍能保持。另一方面，有限的特性更多地針對特定的使用場景，為超疏水木材的應用奠定了基礎。

元素屬性三

為了保證超疏水木復合材料的長期耐久性，必須具有特定的基本特性。機械穩(wěn)定性和耐化學性兩個關鍵特征(圖5)。另外，自清潔能力也是超疏水木復合材料的另一個基本特征。這種特性可以保證材料表面的清潔，防止污染物和污染物的覆蓋或損壞。超疏水木復合材料的耐久性大大提高了機械穩(wěn)定性、耐化學性和自清潔能力的結合，使這些特性成為其應用中不可或缺的重要因素。

圖5 (A) 水滴在超疏水表面滾動。(B) 線性損壞測試裝置。(C) 由于鍍層失效，磨損后水滴停在原來的表面。

約束特性四、約束特性

為了促進超疏水木復合材料的實際應用，除了其基本特性外，還需要根據(jù)實際應用整合其它特性。其特點包括抗菌、防霉、防紫外線、阻燃，使超疏水木復合材料能承受各種環(huán)境挑戰(zhàn)。此外，超疏水木復合材料在水油分離性能方面的應用取得了顯著進展，其對外界環(huán)境刺激的響應機制也引起了研究人員的極大關注。 (圖6)。所以，未來的研究應該從單一功能轉變?yōu)槎喙δ懿牧希詳U大其應用范圍。

圖6 (A1) 光學照片采用超疏水木片在重力推動下分離水包汽油乳液。(A2) 分離前水包汽油乳液的光學圖像。(A3) 分離后的水包汽油乳液光學圖像。(B) 運用 M-WA 氯仿過程照片從水中吸收。(C) 三維智能 BW/PSP 薄膜的功能示意圖。(D) PCL熱響應10,000 電影擬議機理示意圖。

五、總結

本文對超疏水木復合材料的物理化學特性進行了研究，包括制造方法、化學溶劑選擇和基底材料類型。此后，對超疏水木復合材料的常見性能及檢測方法進行了系統(tǒng)的闡述?；咎卣鞅环Q為使用超疏水木復合材料的必要前提條件，而有限的特性是精心定制的，以滿足特定的應用要求，從而為超疏水木復合材料的實際應用奠定了堅實的基礎。近幾年來，超疏水木復合材料的開發(fā)與應用有了顯著發(fā)展。值得注意的是，本文對生產(chǎn)、物種選擇和化學藥品選擇的要求恰恰反映了超疏水木復合材料面臨的問題:疏水性保證、多功能發(fā)展和工業(yè)化。參考圖7，我們提供了一個全面直觀的必要技術表達，描述了必須優(yōu)化的必要技術，以促進其轉化為工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。

圖7 未來超疏水木復合材料的研究方向

該研究以“Surface modifications towards superhydrophobic wood-based composites: Construction strategies, functionalization, and perspectives“問題發(fā)表于Advances in Colloid and Interface 韓小帥副教授是Science南京林業(yè)大學材料科學與工程學院研究生王小藝的第一作者。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cis.2024.103142

繼續(xù)滾動閱讀下一個輕觸閱讀原文。

學會向上滑動中國復合材料，看下一個。

原標題：超疏水木基復合材料的表面改性：構建戰(zhàn)略、功能和前景，[復材信息]

本文僅代表作者觀點，版權歸原創(chuàng)者所有，如需轉載請在文中注明來源及作者名字。

免責聲明：本文系轉載編輯文章，僅作分享之用。如分享內容、圖片侵犯到您的版權或非授權發(fā)布，請及時與我們聯(lián)系進行審核處理或刪除，您可以發(fā)送材料至郵箱：service@tojoy.com