[发明专利]一种木材表面负载无机纳米粒子保护层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及木材表面负载无机纳米粒子保护层的方法。

背景技术

将纳米技术引入木材功能性改良研究领域是近几年来研究的热点，利用纳米材料的体积效应、表面效应等特性，将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性等与木材的加工性、韧性、介电性以及独特的环境学特性等糅合在一起，可赋予木材新的功能。例如纳米二氧化钛、氧化锌有很强的紫外线屏蔽作用和红外线吸收作用，能产生抗老化和抗菌的效果；纳米氧化铝、二氧化硅有优良的硬度、抗磨性和增韧作用，可大幅度地提高其强度和韧性；纳米碳酸钙是一种应用广泛的补强剂，可提高硬度和刚度；纳米氧化铁具有良好的光学性质、磁性、催化性能等。

常见的纳米粒子与木材复合的方法包括溶胶-凝胶法、原位插层合成法、注入填充法、水热合成法、气相化学沉积法、真空粒子溅射镀膜、层层自组装法等。其中，水热合成法被认为是环境污染少、成本较低及易于商业化的一种具有较强竞争力的绿色方法。

传统利用水热合成法在木材表面制备无机纳米粒子保护层的方法在水热生长之前要对木材进行晶种预处理，能够更好的使无机纳米粒子和木材结合。这种晶种预处理多是合成无机纳米粒子的胶体溶液，利用其吸附能力与木材结合。然而胶体制备的过程困难，且容易受到环境因素的改变而受到破坏，从而导致与木材结合不紧密甚至不结合。此外，传统水热合成法制备纳米粒子所需的反应时间较长，最短水热反应2小时，最长高达几天，水热反应温度也较高，最低仅能达到90℃，最高可达几百摄氏度，过高的温度以及过长的反应时间势必会造成木材一定组分的降解。

综上所述，现有利用水热合成法在木材表面制备无机纳米粒子保护层的方法制备过程复杂，木材需要进行晶种预处理，然而晶种预处理制备出的无机纳米粒子胶体易破坏，从而导致不易与木材结合，且水热生长无机纳米粒子所需的反应时间过长，水热反应温度过高。

发明内容

本发明的目的是要解决传统水热合成法在晶种预处理过程中，制备过程复杂，晶种不易与木材紧密结合，且在水热生长纳米粒子保护层的过程中水热温度过高及水热时间过长的问题，而提供一种木材表面负载无机纳米粒子保护层的方法。

一种木材表面负载无机纳米粒子保护层的方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、配制聚阳离子电解质溶液：将聚阳离子电解质溶解在水中，调节pH为2～9，超声分散均匀，得到质量分数为0.05％～0.5％的聚阳离子电解质溶液；

二、配制聚阴离子电解质溶液：将聚阴离子电解质溶解在水中，调节pH为2～9，超声分散均匀，得到质量分数为0.05％～0.5％的聚阴离子电解质溶液；

三、制备带有正电荷的无机纳米粒子水溶液：在超声分散条件下，将无机纳米粒子分散在水中，并使用浓度为0.1mol/L的HCl溶液调节pH小于等电点，使无机纳米粒子带正电，得到质量分数为0.1％～0.5％的带有正电荷的无机纳米粒子水溶液；

四、制备聚电解质/无机纳米粒子晶种层：①、将木材浸渍到聚阳离子电解质溶液中，浸渍时间为5min～60min，然后用蒸馏水反复冲洗并干燥，得到木材A；②、将步骤四①得到的木材A浸渍到聚阴离子电解质溶液中，浸渍时间为5min～60min，然后用蒸馏水反复冲洗并干燥，得到木材B；③、将步骤四②得到的木材B浸渍到带有正电荷的无机纳米粒子水溶液中，浸渍时间为5min～60min，然后用蒸馏水反复冲洗并干燥；④、再以步骤四②和步骤四③为1个循环周期，循环进行1周期～10周期，即得到表面形成聚电解质/无机纳米粒子晶种层的木材；

五、木材表面微波水热生长无机纳米粒子保护层：①、将金属盐水溶液和氨源水溶液，按金属盐与氨源摩尔比为1:(1～5)的比例混合，超声分散5min～30min，得共混液；所述的金属盐的摩尔浓度为0.025mol/L～0.1mol/L；②、将步骤五①得到的共混液移入微波消解罐中，再将步骤四得到的表面形成聚电解质/无机纳米粒子晶种层的木材浸渍到共混液中微波水热，微波功率为400W～1000W，填充度为40％～70％，梯度升温至温度为100℃～120℃反应，反应结束后冷却至室温，取出木材，然后用蒸馏水反复冲洗并干燥，得到表面生长无机纳米粒子保护层的木材，即完成木材表面负载无机纳米粒子保护层的方法；

步骤五②中所述的梯度升温为二阶段梯度升温或三阶段梯度升温；