一種木材表面生成硅鈦雙元氧化膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及木材加工領(lǐng)域，特別涉及一種木材表面生成硅鈦雙元氧化膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]木材是一種既傳統(tǒng)又先進(jìn)的材料，天然可再生、強(qiáng)重比高、紋理獨(dú)特美觀，具有調(diào)溫、調(diào)濕、調(diào)節(jié)環(huán)境氣味等功能，深受人們的喜愛(ài)。但是，木材也表現(xiàn)出來(lái)一些缺點(diǎn)，如容易被污染物污染、無(wú)電磁屏蔽功能、干縮濕脹等，致使其在使用過(guò)程中受到限制。然而，隨著人們對(duì)居住環(huán)境要求的不斷提高，對(duì)木材具有更多功能的需求越大，如光催化，電磁屏蔽等性能，這就要求對(duì)木材進(jìn)行功能性改良研究。利用無(wú)機(jī)物改良木材是重要的研究方向，如使用Si02、Al203、Ti02等進(jìn)行改良，能提高木材力學(xué)強(qiáng)度、改善木材阻燃性、耐腐性等。此外，還有其它無(wú)機(jī)化合物，如李堅(jiān)、王成毓發(fā)表的《仿生礦化法原位制備雙疏性木材/碳酸鈣復(fù)合材的方法》、專(zhuān)利CN101797762A公開(kāi)了采用仿生礦化法原位制備雙疏性木材/碳酸鈣復(fù)合材、宋燁、余雁等發(fā)表的《竹材表面ZnO納米薄膜的自組裝及其抗光變色性能》(北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2010，32(1))使竹材表面形成抗光變色的ZnO薄膜等。莫引優(yōu)等發(fā)表的《二氧化硅改良馬尾松木材表面性質(zhì)的效果》，公開(kāi)了采用溶膠-凝膠法使木材表面生成二氧化硅，改善了木材的吸濕性等表面性質(zhì)。吳天一等公開(kāi)了《納米二氧化鈦/楊木速生材復(fù)合材料的制備》，該方法以鈦酸四丁酯為鈦源，制備了納米Ti02/木材復(fù)合材料，生成的銳鈦礦晶型Ti02分布在細(xì)胞壁和細(xì)胞腔中，材料耐熱性提高、燃燒性能降低。
[0003]木材家具使用起來(lái)雖然高端、實(shí)用，但在日常使用中容易吸水而出現(xiàn)干縮濕脹，且易受染料等污染物的污染等，，使得木材使用過(guò)程中易損壞、壽命短且易臟。對(duì)于上述技術(shù)中，并沒(méi)有一種針對(duì)木材能具有自行清潔功能的改良技術(shù)，因此，現(xiàn)今亟需一種能改良木材使其具有清潔效果的技術(shù)。
[0004]公開(kāi)于該【背景技術(shù)】部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)上述的不足，提供一種木材表面生成硅鈦雙元氧化膜的方法，從而克服木材在加工或者使用過(guò)程中易吸濕而干縮濕脹和受染料等污染物污染等缺點(diǎn)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
[0007]—種木材表面生成硅鈦雙元氧化膜的方法，操作步驟如下:
[0008](1)將正硅酸乙酯(Si (0C2H5)4)、甲基三乙氧基硅烷(CH3Si (0C2H5)3)、鈦酸四丁酯(C16H3604Ti)、ΗΝ03、乙醇(C2H50H)、水放入容器中混合，制備得到硅鈦雙元溶膠，其中正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷作為Si02的前驅(qū)體，鈦酸四丁酯為T(mén)1 2前驅(qū)體，ΗΝ0 3為催化劑，乙醇為溶劑，水為引發(fā)劑；
[0009](2)將木材放入步驟⑴中制備所得硅鈦雙元溶膠中浸漬0.5?6h，然后以5?25cm/min的速度提拉，即將木材脫離硅鈦雙元溶膠，使木材表面覆蓋硅鈦雙元溶膠；
[0010](3)將經(jīng)步驟(2)后所得木材放在室溫條件下陳化12?36h，陳化過(guò)程中木材表面的溶膠形成凝膠，陳化后木材置于高頻條件下加熱，加熱時(shí)間為2?25min，即得產(chǎn)品。
[0011]優(yōu)選的是，步驟⑴中正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、鈦酸四丁酯、ΗΝ03、乙醇、水的摩爾比為正硅酸乙酯:甲基三乙氧基硅烷:鈦酸四丁酯:HN03:乙醇:水=0.4?1.6:0.2 ?1.6:0.6 ?1.3:0.1 ?0.3:0.6 ?1.1:0.2 ?0.5。
[0012]優(yōu)選的是，步驟(2)中所述的放入硅鈦雙元溶膠中浸漬的木材為表面光滑的木材。
[0013]優(yōu)選的是，步驟(2)中所述提拉為將木材垂直提拉。
[0014]優(yōu)選的是，步驟(3)中所述的高頻為3?600MHz的頻率。
[0015]本發(fā)明木材表面生成了硅鈦雙元氧化膜，在溶膠-凝膠法(Sol-gel)過(guò)程中，以正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、鈦酸四丁酯等作為反應(yīng)前驅(qū)體，在催化劑和引發(fā)劑的作用下發(fā)生水解、縮聚反應(yīng):先是S1-、T1-相互交聯(lián)結(jié)合，并與木材表面的自由羥基，特別與其伯醇羥基發(fā)生縮聚反應(yīng)，使S1-、T1-之間及與木材表面羥基產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合，形成相互交聯(lián)結(jié)合的化學(xué)組成為Si02、1102的雙元氧化膜。該雙元氧化膜具有較好的功能性，Si02具有較強(qiáng)的表面疏水性；Ti02具有較好的光催化性，能催化降解有機(jī)污染物、染料等，使其降解、脫色。因此，依據(jù)Sol-gel法，采用同步法，即將所需的組分原料先配合在一起，同時(shí)反應(yīng)生成溶膠-凝膠的過(guò)程，調(diào)控木材表面負(fù)載硅鈦雙元氧化膜。
[0016]正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷分別發(fā)生水解反應(yīng)，形成溶膠，使溶膠在木材表面凝膠形成二氧化娃薄膜，這時(shí)形成的二氧化娃薄膜表面帶有自由輕基和甲基，需要進(jìn)一步發(fā)生脫水縮聚反應(yīng)，消除表面自由羥基，使形成的二氧化硅表面只有甲基，無(wú)親水基團(tuán)，從而使其具有較強(qiáng)的疏水性。在高頻電場(chǎng)作用下，由于硅、鈦均為半導(dǎo)體，介電常數(shù)和介電損耗較大，吸收的能量大大高于木材。因其升溫速度非?？?，使雙元氧化膜容易獲得極快及較高的溫度，既使存在的自由羥基發(fā)生縮聚反應(yīng)，消除了自由羥基，也解決了干燥升溫過(guò)程中干燥粉化的現(xiàn)象，形成的雙元氧化膜光潔度、穩(wěn)定性等較好。同時(shí)，高頻時(shí)容易快速使木材表面獲得較高的溫度，硅鈦雙元膜的結(jié)晶結(jié)構(gòu)等發(fā)生變化，得到的氧化膜具有較好的功能性。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0018]本發(fā)明制備所得木材因在其表面上形成Si02、Ti02的雙元氧化膜，使得該改良后的木材具有疏水性、耐熱性提高，能催化降解有機(jī)污染物、染料等，使其在使用過(guò)程中能使附著在其表面或與其接觸的有機(jī)污染物光催化降解，起到自清潔作用，而且還能因此延長(zhǎng)其使用壽命；進(jìn)一步的，本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)捷易操作、成本低，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)能大大提高企業(yè)效益。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受【具體實(shí)施方式】的限制。下列實(shí)施例中使用的ΗΝ03質(zhì)量濃度為65 %?68 %，使用的乙醇體積濃度彡99.
[0020]實(shí)施例1
[0021]按照摩爾比正硅酸乙酯:甲基三乙氧基硅烷:鈦酸四丁酯:HN03(質(zhì)量濃度為65% ):乙醇(體積濃度為99.7%):水=0.4:0.2:0.6:0.1:0.6:0.2，取各原料，將正娃酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、鈦酸四丁酯、順03、乙醇、水放入玻璃容器中常溫下混合，制備得到硅鈦雙元溶膠，其中正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷作為3丨02的前驅(qū)體，鈦酸四丁酯為打02前驅(qū)體，HNO 3為催化劑，乙醇為溶劑，水為引發(fā)劑。將表面光滑的木材放入制得的硅鈦雙元溶膠中浸漬6h，然后以5?25cm/min的速度垂直提拉，即將木材脫離硅鈦雙元溶膠，使木材表面覆蓋硅鈦雙元溶膠；將浸漬后所得木材放在室溫條件下陳化12h，陳化過(guò)程中木材表面的溶膠形成凝膠，陳化后木材置于3MHz的高頻條件下加熱，加熱時(shí)間為25min，即得
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[0022]實(shí)施例2
[0023]按照摩爾比正硅酸乙酯:甲基三乙氧基硅烷:鈦酸四丁酯:ΗΝ03(質(zhì)量濃度為66% ):乙醇(體積濃度為99.8% ):水=1.0:0.9:1.2:0.2:0.9:0.4，取各原料，將正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、鈦酸四丁酯、順03、乙醇、水放入玻璃容器中常溫下混合，制備得到硅鈦雙元溶膠，其中正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷作為3丨02的前驅(qū)體，鈦酸四丁酯為打02前驅(qū)體，ΗΝ0 3為催化劑，乙醇為溶劑，水為引發(fā)劑。將表面光滑的木材放入硅鈦雙元溶膠中浸漬3.4h，然后以5?25cm/min的速度垂直提拉，即將木材脫離硅鈦雙元溶膠，使木材表面覆蓋硅鈦雙元溶膠；將浸漬后所得木材放在室溫條件下陳化24h，陳化過(guò)程中木材表面的溶膠形成凝膠，陳化后木材置于300MHz的高頻條件下加熱，加熱時(shí)間為14min，即得產(chǎn)品Ο
[0024]實(shí)施例3
[0025]按照摩爾比正硅酸乙酯:甲基三乙氧基硅烷:鈦酸四丁酯:ΗΝ03(質(zhì)量濃度為68% ):乙醇(體積濃度為99.9% ):水=1.6:1.6:1.3:0.3:1.1:0.5，取各原料，將正娃酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、鈦酸四丁酯、順03、乙醇、水放入玻璃容器中常溫下混合，制備得到硅鈦雙元溶膠，其中正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷作為3丨02的前驅(qū)體，鈦酸四丁酯為打02前驅(qū)體，ΗΝ0 3為催化劑，乙醇為溶劑，水為引發(fā)劑。將表面光滑的木材放入硅鈦雙元溶膠中浸漬0.5h，然后以5?25cm/min的速度垂直提拉，即將木材脫離硅鈦雙元溶膠，使木材表面覆蓋硅鈦雙元溶膠；將浸漬后所得木材放在室溫條件下陳化36h，陳化過(guò)程中木材表面的溶膠形成凝膠，陳化后木材置于600MHz的高頻條件下加熱，加熱時(shí)間為2min，即得產(chǎn)品Ο
[0026]本發(fā)明方法使木材表面獲得光催化性，同時(shí)，又使木材表面具有較強(qiáng)的疏水性，從而使得本發(fā)明方法改良后的木材即具有表面自清潔的功能。
[0027]前述對(duì)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方案的描述是為了說(shuō)明和例證的目的。這些描述并非想將本發(fā)明限定為所公開(kāi)的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進(jìn)行很多改變和變化。對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實(shí)施方案以及各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書(shū)及其等同形式所限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種木材表面生成硅鈦雙元氧化膜的方法，其特征在于，操作步驟如下: (1)將正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、鈦酸四丁酯、HNO3、乙醇、水放入容器中混合，制備得到硅鈦雙元溶膠； (2)將木材放入步驟(I)中制備所得硅鈦雙元溶膠中浸漬0.5?6h，然后以5?25cm/min的速度提拉； (3)將經(jīng)步驟(2)后所得木材放在室溫條件下陳化12?36h，陳化后木材置于高頻條件下加熱，加熱時(shí)間為2?25min，即得產(chǎn)品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，步驟(I)中正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、鈦酸四丁酯、HNO3、乙醇、水的摩爾比為正硅酸乙酯:甲基三乙氧基硅烷:鈦酸四丁酯=HNO3:乙醇:水=0.4 ?1.6:0.2 ?1.6:0.6 ?1.3:0.I ?0.3:0.6 ?1.1:0.2 ?0.5。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，步驟(2)中所述的放入硅鈦雙元溶膠中浸漬的木材為表面光滑的木材。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，步驟(2)中所述提拉為將木材垂直提拉。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，步驟(3)中所述的高頻為3?600MHz的頻率。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種木材表面生成硅鈦雙元氧化膜的方法，操作步驟為：(1)將正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、鈦酸四丁酯、HNO3、乙醇、水放入容器中混合，制備得到硅鈦雙元溶膠；(2)將木材放入制備所得硅鈦雙元溶膠中浸漬0.5～6h，以5～25cm/min的速度提拉；(3)將經(jīng)步驟(2)后所得木材放在室溫條件下陳化12～36h，陳化過(guò)程中木材表面的溶膠形成凝膠，陳化后木材置于高頻條件下加熱，加熱時(shí)間為2～25min，即得產(chǎn)品。本發(fā)明提供一種木材表面生成硅鈦雙元氧化膜的方法，從而使木材表面具有疏水性、光催化性等功能，賦予木材表面自清潔功能，解決了木材易干縮濕脹和易受臟物污染的缺點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】B27K3/52, B27K3/15, B27K5/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105328751
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510708328
【發(fā)明人】符韻林, 劉曉玲, 黎韋水
【申請(qǐng)人】廣西大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2015年10月27日