基于醛或酮基咔唑超交联多孔聚合物的合成、表征与气体吸附性能

设计合成了醛基或酮基功能化的咔唑9-(4-联苯)-3-甲醛基咔唑(CM-2)、9-(4-联苯)-4-乙酮基咔唑(CM-3)和9-(4-联苯)-2,6-二氟-3-乙酮基咔唑(CM-4).分别以CM-2,CM-3和CM-4为单体,以FeCl_3为催化剂,采用一步法制备了超交联多孔聚咔唑:聚[9-(4-联苯)-3-甲醛基咔唑](HPP-2)、聚[9-(4-联苯)-4-乙酮基咔唑](HPP-3)和聚[9-(4-联苯)-2,6-二氟-3-乙酮基咔唑](HPP-4).反应中间体和聚咔唑的结构由核磁共振波谱(~1H NMR,~(13)C NMR)、魔角旋转交叉固体核磁共振波谱(~(13)C CP/MAS NMR)、红外光谱(IR)和质谱(MS)进行表征,研究了聚咔唑的热稳定性及气体(氮气、二氧化碳和甲烷)吸附性能.结果表明,3种聚咔唑在400℃左右开始分解,450~550℃出现明显失重,然后逐渐趋于平缓,800℃时的热失重均小于25%,表明材料有很好的热稳定性;HPP-2,HPP-3和HPP-4的BET比表面积分别为330,420和660 m~2/g,孔径分别为0.98,0.96和1.07 nm,对二氧化碳的吸附质量分数分别为6.90%,8.30%和9.80%,对甲烷的吸附质量分数分别为1.10%,1.30%和1.60%,表明所得聚合物的孔主要为微孔,且对二氧化碳和甲烷气体有良好的吸附能力.     

XPS和FTIR分析仿生呼吸法对硅酸盐改性杉木浸渍效果的影响

杉木进行硅酸盐浸渍改性处理后,木材内部的改性剂相关元素含量与分布是衡量浸渍效果的重要指标,对改性杉木的各项物理力学性能有着至关重要的作用。以硅酸盐为浸渍改性剂,采用仿生呼吸法对杉木进行浸渍改性。研究了仿生呼吸法对硅酸盐改性杉木的密度、抗弯强度、抗压强度、三切面硬度和24 h吸水率影响,利用XPS和FTIR分析了杉木素材与改性材的化学成份与化学结构,并对硅酸盐改性剂在改性杉木中的分布深度与分布规律进行了探讨。结果表明：经过硅酸盐浸渍改性后,改性杉木平均密度大于0.721 g·cm-3,抗弯强度和抗压强度分别增大了170.19%和286.64%。改性杉木横切面、径切面和弦切面的硬度均有不同程度的提高。硅酸盐改性使杉木的24 h吸水率从91.17%±2.51%降至39.23%±1.62%,表明杉木的尺寸稳定性大幅度提高。相比于杉木素材,改性杉木木材的XPS全谱扫描中出现了Na元素和Si元素的吸收峰,窄扫谱图中出现了Si-O-C和Na-O化学结构。同时,改性杉木木材的FTIR谱图中出现了Si-O-Si的吸收峰,并且游离羟基含量减少,缔合羟基增多。XPS和FTIR分析都表明硅酸盐浸注到了杉木木材的孔隙中,且硅酸钠与杉木木材中羟基形成了化学键结合和氢键结合。这也是改性杉木的力学性能和耐水性能提高的重要原因。另外,通过XPS测试发现改性杉木木材沿横向从表面到30 mm处都出现了C,O,Na和Si元素,并且沿横向从表面到30 mm处,Si-O-C结合结构的吸收峰强度基本相同,说明从表面到中间部位,硅酸钠与杉木木材中的羟基都较均匀地形成了化学键。对各元素进行定量分析发现,改性杉木木材中C,O,Na和Si元素的相对含量从表面到中间部位（30 mm）差异较小,进一步表明改性剂能较好浸入杉木木材中间,并且均匀性较好。研究结果将为杉木浸渍改性效果提供数据支撑,并为优化改性工艺与方法、进一步提高改性杉木的物理力学性能提供依据。     

硅镁凝胶对杉木的强化及固着机制研究

硅镁凝胶浸渍改性杉木在物理力学性能方面提升较佳,探究硅镁凝胶在杉木中的固着性能和机制,对后续研究与创新具有一定意义。以硅镁凝胶为改性药剂,人工林杉木为基材,浸渍干燥后制得改性杉木。通过FTIR和XPS分析杉木素材和改性杉木的化学成分和结合方式,并对硅镁凝胶在木材中的分布以及改性杉木的渗透性进行探讨。实验结果表明：硅镁凝胶浸渍改性杉木的物理力学性能得到明显改善,密度均达到0.5 g·cm-3以上,抗压强度和抗弯强度相比杉木素材分别提升了99.73%和58.48%,端面硬度从3 659 N提升到5 843 N,基本已达到中等木材的性能指标。EDS结果证明药剂在杉木细胞腔中填充状况良好,Si,O,Na和Mg等主要元素与浸渍药剂硅镁凝胶相符且分布均匀。对浸洗前后的改性杉木试样和素材分别进行分层XPS测试,改性材的O/C增大,各元素在不同深度的含量十分接近,硅镁凝胶在杉木中分布均匀,具有良好的渗透性;浸洗后Si元素含量稳定,而钠元素有所降低,可能是部分钠盐的溶解流失造成,且不同深度的元素含量变化趋于一致,改性杉木的抗流失性较好。相比于硅酸钠浸渍改性杉木,硅镁凝胶改性杉木在96 h流失率降低到10.8%,抗流失效果较好。FTIR测试结果表明硅酸钠溶液对杉木的木质素和半纤维素有破坏和脱出作用,对杉木的通透性有所改善,且更容易与药剂形成化学键结合。C,O和Si元素的XPS谱图结果表明,改性后C(1s)向低结合能偏移,性质更加稳定,O—H结合大量减少,Si—O结合增多,硅镁凝胶能够在杉木中形成稳定的Si—O—C化学结构,药剂能够在细胞壁上实现高效固着。研究结果为改性材的药剂流失性检测和固着性研究提供新的思路,为硅镁凝胶浸渍改性杉木后续研究提供一定的理论支持。