一種木材表面生成硅鈦鋁三元氧化膜的方法
【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鋁三元氧化膜的方法。
【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。李堅(jiān)、王立娟等發(fā)表的《化學(xué)鍍法制備電磁屏蔽木材-N1-P復(fù)合材料研究》(材料科學(xué)與工藝，2006，14 (3): 296?299)，采用木材表面化學(xué)鍍N1、N1-P、Cu等，木材電磁屏蔽效能可達(dá)60dB。王西成等發(fā)表的《陶瓷化木材的化學(xué)方法》(材料研究學(xué)報(bào)，2000，14(1):51?55)，以AICI3.6Η20為原料，用離子交換方法制得高鹽基度堿式氯化鋁AI2 (OH) nCI6 n，將正硅酸乙酯、3-縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)、高鹽基度堿式氯化鋁及乙醇混合、攪拌，制得陶瓷前驅(qū)體混合液，將其浸漬進(jìn)入木材，發(fā)生水解縮聚反應(yīng)，制得陶瓷化木材。研究發(fā)現(xiàn)，該陶瓷化木材具有良好的尺寸穩(wěn)定性、阻燃性及抗霉變性能。
[0003]木材家具使用起來(lái)雖然高端、實(shí)用，但在日常使用中很容易受干縮濕脹而損壞，受染料等臟物污染而弄臟等。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鋁三元氧化膜的方法，從而克服木材在加工及使用過(guò)程中易干縮濕脹和易被污染等缺點(diǎn)。
[0006]一種木材表面生成硅鈦鋁三元氧化膜的方法，主要操作步驟如下:
[0007](1)將正硅酸乙酯(Si (0C2H5) 4)、鈦酸四丁酯(C16H3604Ti)、三異丙氧基鋁(C9H21A103)、ΗΝ03、異丙醇(C3Hs0)、水放入容器中混合，制備得到硅鈦鋁三元溶膠，其中正硅酸乙酯作為3丨02的前驅(qū)體，鈦酸四丁酯為T(mén)i02前驅(qū)體，三異丙氧基鋁為A1 203前驅(qū)體，ΗΝ03為催化劑，異丙醇為溶劑，水為引發(fā)劑；
[0008](2)將木材放入步驟(1)中制備所得硅鈦鋁三元溶膠中浸漬0.5?6h，然后以4?20cm/min的速度提拉，即將木材脫離硅鈦鋁三元溶膠，此時(shí)木材表面覆蓋硅鈦鋁三元溶膠；
[0009](3)將經(jīng)步驟(2)后所得木材放在室溫條件下陳化12?24h，陳化過(guò)程中木材表面的溶膠形成凝膠，陳化后將木材干燥至恒重，再置于250?400°C的高溫條件下處理20?60min，即得產(chǎn)品；高溫處理過(guò)程中能使娃鈦招三元氧化膜的結(jié)構(gòu)、功能發(fā)生變化，由無(wú)定形態(tài)變?yōu)榻Y(jié)晶態(tài)，自由羥基發(fā)生縮合反應(yīng)。
[0010]優(yōu)選的是，步驟⑴中正硅酸乙酯、鈦酸四丁酯、三異丙氧基鋁、ΗΝ03、異丙醇、水的摩爾比為正娃酸乙酯:鈦酸四丁酯:三異丙氧基鋁:ΗΝ03:異丙醇:水=0.5?1.5:0.3?1.2:0.7 ?1.2:0.1 ?0.3:0.8 ?1.1:0.2 ?0.5。
[0011]優(yōu)選的是，步驟(2)中所述的放入硅鈦鋁三元溶膠中浸漬的木材為表面光滑的木材。
[0012]優(yōu)選的是，步驟(2)中所述提拉為將木材垂直提拉。
[0013]優(yōu)選的是，步驟(3)中陳化后木材置于100°C條件下干燥至恒重。
[0014]本發(fā)明木材表面生成了硅鈦鋁三元氧化膜，在溶膠-凝膠法(Sol-gel)過(guò)程中，先是S1-、T1-、A1-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-、A1-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、Ti02、Al203的三元氧化膜。該三元氧化膜具有較好的功能性^02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；A1 203具有較好的耐熱性。
[0015]本發(fā)明采用溶膠-凝膠法，同步使木材表面生成硅鈦鋁三元氧化膜，以無(wú)機(jī)物或金屬醇鹽作前驅(qū)體，在液相將這些原料均勻混合，并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)陳化，膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠。凝膠經(jīng)過(guò)干燥、高溫處理制備出分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料。該方法使木材表面生成了硅鈦鋁三元氧化膜，膜的化學(xué)組成為Si02、Ti02、Al203，三者呈交聯(lián)結(jié)合，且在溶膠-凝膠過(guò)程中，硅、鈦、及鋁的前驅(qū)體形成的水解產(chǎn)物，與木材表面的羥基發(fā)生縮聚反應(yīng)，使氧化物與木材形成牢固的化學(xué)結(jié)合。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0017]本發(fā)明依據(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)載硅鈦鋁三元氧化膜，通過(guò)高溫作用，使三元氧化膜的結(jié)晶結(jié)構(gòu)等發(fā)生變化，該三元氧化膜具有疏水性、光催化、耐熱性等性能；從而被發(fā)明制備所得木材表面負(fù)載硅鈦鋁三元氧化膜后，具有疏水性，能使附著在其表面或與