納米片復(fù)合材料的制備方法及改性方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種WO3納米片復(fù)合材料的制備方法及改性方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]木材是一種輕質(zhì)、紋理美觀的可再生生物質(zhì)材料，廣泛應(yīng)用于建筑、裝飾和其他日常生活中。然而，木材同時有各種缺陷。例如，木材細(xì)胞壁含有大量的親水基團，致使其低的尺寸穩(wěn)定性。因此，許多研宄集中在木材的表面改性，尤其是無機化合物與木材表面的鍵合，使木材朝著智能響應(yīng)等高端材料發(fā)展，引起了研宄者們極大的興趣。
[0003]最近，有研宄報道具有不同納米結(jié)構(gòu)的三氧化鎢具有優(yōu)良的物理、光學(xué)和電學(xué)性能，在智能窗、氣體傳感器、顯示器等方面發(fā)揮了特殊的智能功能。因此，許多方法用來制備三氧化鎢薄膜，如溶膠-凝膠法、磁控濺射法，化學(xué)氣相沉積法，水熱法，陽極氧化法。其中水熱法可以精確控制薄膜的微觀結(jié)構(gòu)而展現(xiàn)出極強的競爭力。Talebian等人發(fā)現(xiàn)在前驅(qū)體中異丙醇的含量可以有效地控制氧化鋅納米晶的成核和生長方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有木材含有大量的親水基團，尺寸穩(wěn)定性低，不能在光響應(yīng)領(lǐng)域和自清潔領(lǐng)域應(yīng)用的問題，而提供一種木材/WO3納米片復(fù)合材料的制備方法及改性方法和應(yīng)用。
[0005]一種木材/胃03納米片復(fù)合材料的制備方法，是按以下步驟完成的:
[0006]一、木材預(yù)處理:分別使用蒸餾水、丙酮和無水乙醇對木材單板進行超聲清洗20min?30min，得到超聲清洗后的木材單板；將超聲清洗后的木材單板在溫度為65°C?85°C下干燥12h?24h，得到處理后的木材單板；
[0007]二、制備木材/胃03納米片復(fù)合材料:將Na 2W04.2H20溶解到前驅(qū)體溶液中，再使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%?98%的硫酸將前驅(qū)體溶液酸化至pH值為1.0?3.0，得到反應(yīng)液；將處理后的木材單板和反應(yīng)液加入到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，再將聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜密封，再將密封的聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜在溫度為110°C?130°C下反應(yīng)24h?48h，再將密封的聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜冷卻至室溫，得到表面含有WO3納米片的木材單板；分別使用無水乙醇和蒸餾水對表面含有胃03納米片的木材單板清洗3次?5次，再將清洗后的表面含有WO3納米片的木材單板在溫度為60°C?90°C下干燥24h?36h，得到木材/WO 3納米片復(fù)合材料；
[0008]步驟二中所述的前驅(qū)體溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%?40%的乙醇溶液；
[0009]步驟二中所述的Na2WO4.2H20的質(zhì)量與前驅(qū)體溶液的體積比為(0.8g?
1.lg): 50mL ；
[0010]步驟二中所述的處理后的木材單板的表面積與反應(yīng)液的體積比為(1mm2?15mm2):1mL0
[0011]一種木材/胃03納米片復(fù)合材料的改性方法，是按以下步驟完成的:
[0012]將木材/WO3納米片復(fù)合材料浸入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的十八烷基三氯硅烷無水乙醇溶液中Ih?3h，得到十八烷基三氯硅烷浸泡后的木材/胃03納米片復(fù)合材料；使用無水乙醇對十八烷基三氯硅烷浸泡后的木材/WO3納米片復(fù)合材料清洗3次?5次，再在溫度為40°C?50°C下干燥2h?4h，得到疏水的木材/WO3納米片復(fù)合材料，即完成木材/WO 3納米片復(fù)合材料的改性方法；
[0013]所述的木材/WO3納米片復(fù)合材料的比表面積與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的十八烷基三氯硅燒無水乙醇溶液的體積比為(1mm2?15mm2): lmL。
[0014]一種木材/WO3納米片復(fù)合材料作為光智能響應(yīng)變色材料使用；使用方法為:使用紫外燈照射木材/WO3納米片復(fù)合材料，該復(fù)合材料的顏色由灰白色變?yōu)樗{色。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0016]一、本發(fā)明利用低溫水熱合成法在木材表面原位生長片狀結(jié)構(gòu)的WO3，此反應(yīng)僅使用一種NaWO4.2H20物質(zhì)，過程易于操作、成本低廉、形貌可控，制備的木材/胃03納米片復(fù)合材料在紫外光照射下具有顯著的變色功能，其色差A(yù)C值范圍可以從4.13變化到高達11.38，賦予了木材“光響應(yīng)”智能調(diào)節(jié)功能；使用十八烷基三氯硅烷無水乙醇溶液對木材/WO3納米片復(fù)合材料進行改性后，此復(fù)合材料由超親水轉(zhuǎn)換為超疏水功能，拓展了此復(fù)合材料在自清潔領(lǐng)域的應(yīng)用；
[0017]二、本發(fā)明制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料經(jīng)過OTS改性后水接觸角可達
152.7。。
[0018]本發(fā)明可獲得木材/WO3納米片復(fù)合材料。
【附圖說明】
[0019]圖1為試驗一步驟一中處理后的樺木木材單板放大5000倍的SEM圖；
[0020]圖2為試驗一步驟一中處理后的樺木木材單板放大20000倍的SEM圖；
[0021]圖3為對比試驗中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料放大5000倍的SEM圖；
[0022]圖4為對比試驗中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料放大20000倍的SEM圖；
[0023]圖5為試驗一中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料放大5000倍的SEM圖；
[0024]圖6為試驗一中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料放大20000倍的SEM圖；
[0025]圖7為試驗二中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料放大5000倍的SEM圖；
[0026]圖8為試驗二中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料放大20000倍的SEM圖；
[0027]圖9為試驗三中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料放大5000倍的SEM圖；
[0028]圖10為試驗三中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料放大20000倍的SEM圖；
[0029]圖11為試驗四中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料放大5000倍的SEM圖；
[0030]圖12為試驗四中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料放大20000倍的SEM圖；
[0031]圖13為試驗五中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料放大5000倍的SEM圖；
[0032]圖14為試驗五中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料放大20000倍的SEM圖；
[0033]圖15為試驗一步驟一中處理后的樺木木材單板的EDS圖；
[0034]圖16為試驗三中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料的EDS圖；
[0035]圖17為X射線衍射圖譜，圖1中I為試驗一步驟一中處理后的樺木木材單板的X射線衍射圖譜，2為試驗三中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料的X射線衍射圖譜，3為試驗五中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料的X射線衍射圖譜，“ ★”代表木材纖維素相結(jié)構(gòu)，“ ▼”代表WO3立方相結(jié)構(gòu)；
[0036]圖18為傅立葉變換紅外光譜；如18中I為試驗三中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料的傅立葉變換紅外光譜，2為試驗一步驟一中處理后的樺木木材單板的傅立葉變換紅外光譜；
[0037]圖19為經(jīng)紫外燈照射后復(fù)合膜的色差曲線；圖19中I為試驗一步驟一中處理后的樺木木材單板經(jīng)紫外燈照射后復(fù)合膜的色差，2為試驗三中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料經(jīng)紫外燈照射后復(fù)合膜的色差，3為試驗五中制備的木材/胃03納米片復(fù)合材料經(jīng)紫外燈照射后復(fù)合膜的色差；
[0038]圖20為試驗一步驟一中處理后的樺木木材單板的水接觸角圖；
[0039]圖21為對比試驗中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料的水接觸角圖；
[0040]圖22為試驗三中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料的水接觸角圖；
[0041]圖23為試驗五中制備的木材/WO3納米片復(fù)合材料的水接觸角圖；
[0042]圖24為試驗六中制備的改性樺木木材單板的水接觸角圖；
[0043]圖25為試驗七中制備的改性木材/WO3納米片復(fù)合材料的水接觸角圖；
[0044]圖26為試驗八中制備的改性木材/WO3納米片復(fù)合材料的水接觸角圖；
[0045]圖27為試驗九中制備的改性木材/WO3納米片復(fù)合材料的水接觸角圖；
[0046]圖28為水滴在試驗八中制備的改性木材/胃03納米片復(fù)合材料時的數(shù)碼照片圖。
【具體實施方式】
[0047]【具體實施方式】一:本實施方式是一種木材/胃03納米片復(fù)合材料的制備方法，是按以下步驟完成的:
[0048]一、木材預(yù)處理:分別使用蒸餾水、丙酮和無水乙醇對木材單板進行超聲清洗20min?30min，得到超聲清洗后的木材單板；將超聲清洗后的木材單板在溫度為65°C?85°C下干燥12h?24h，得到處理后的木材單板；
[0049]二、制備木材/胃03納米片復(fù)合材料:將Na 2W04.2H20溶解到前驅(qū)體溶液中，再使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%?98%的硫酸將前驅(qū)體溶液酸化至pH值為1.0?3.0，得到反應(yīng)液；將處理后的木材單板和反應(yīng)液加入到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，再將聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜密封，再將密封的聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜在溫度為110°C?130°C下反應(yīng)24h?48h，再將密封的聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜冷卻至室溫，得到表面含有WO3納米片的木材單板；分別使用無水乙醇和蒸餾水對表面含有胃03納米片的木材單板清洗3次?5次，再將清洗后的表面含有WO3納米片的木材單板在溫度為60°C?90°C下干燥24h?36h，得到木材/WO 3納米片復(fù)合材料；
[0050]步驟二中所述的前驅(qū)體溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%?40%的乙醇溶液；
[0051 ] 步驟二中所述的Na2WO4.2H20的質(zhì)量與前驅(qū)體溶液的體積比為(0.8g?
1.lg): 5OmL ；
[0052]步驟二中所述的處理后的木材單板的表面積與反應(yīng)液的體積比為(1mm2?15mm2):1mL0
[0053]本實施方式的優(yōu)點:
[0054]本實施方式利用低溫水熱合成法在木材表面原位生長片狀結(jié)構(gòu)的WO3，此反應(yīng)僅使用一種NaWO4.2H20物質(zhì)，過程易于操作、成本低廉、形貌可控，制備的木材/胃03納米片復(fù)合材料在紫外光照射下具有顯著的變色功能，其色差A(yù)C值范圍可以從4.13變化到高達
11.38，賦