一種木材表面生成硅鈦雙元氧化膜的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及木材加工領域，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】
[0002]木材是一種既傳統又先進的材料，天然可再生、強重比高、紋理獨特美觀，具有調溫、調濕、調節環境氣味等功能，深受人們的喜愛。但是，木材也表現出來一些缺點，如容易被污染物污染、無電磁屏蔽功能、干縮濕脹等，致使其在使用過程中受到限制。然而，隨著人們對居住環境要求的不斷提高，對木材具有更多功能的需求越大，如光催化，電磁屏蔽等性能，這就要求對木材進行功能性改良研究。利用無機物改良木材是重要的研究方向，如使用Si02、Al203、Ti02等進行改良，能提高木材力學強度、改善木材阻燃性、耐腐性等。此外，還有其它無機化合物，如李堅、王成毓發表的《仿生礦化法原位制備雙疏性木材/碳酸鈣復合材的方法》、專利CN101797762A公開了采用仿生礦化法原位制備雙疏性木材/碳酸鈣復合材、宋燁、余雁等發表的《竹材表面ZnO納米薄膜的自組裝及其抗光變色性能》(北京林業大學學報2010，32(1))使竹材表面形成抗光變色的ZnO薄膜等。莫引優等發表的《二氧化硅改良馬尾松木材表面性質的效果》，公開了采用溶膠-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。吳天一等公開了《納米二氧化鈦/楊木速生材復合材料的制備》，該方法以鈦酸四丁酯為鈦源，制備了納米Ti02/木材復合材料，生成的銳鈦礦晶型Ti02分布在細胞壁和細胞腔中，材料耐熱性提高、燃燒性能降低。
[0003]木材家具使用起來雖然高端、實用，但在日常使用中容易吸水而出現干縮濕脹，且易受染料等污染物的污染等，，使得木材使用過程中易損壞、壽命短且易臟。對于上述技術中，并沒有一種針對木材能具有自行清潔功能的改良技術，因此，現今亟需一種能改良木材使其具有清潔效果的技術。
[0004]公開于該【背景技術】部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

【發明內容】

[0005]本發明針對上述的不足，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程中易吸濕而干縮濕脹和受染料等污染物污染等缺點。
[0006]為實現上述目的，本發明提供的技術方案如下:
[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的前驅體，鈦酸四丁酯為T1 2前驅體，ΗΝ0 3為催化劑，乙醇為溶劑，水為引發劑；
[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)將經步驟(2)后所得木材放在室溫條件下陳化12?36h，陳化過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，加熱時間為2?25min，即得產品。
[0011]優選的是，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]優選的是，步驟(2)中所述提拉為將木材垂直提拉。
[0014]優選的是，步驟(3)中所述的高頻為3?600MHz的頻率。
[0015]本發明木材表面生成了硅鈦雙元氧化膜，在溶膠-凝膠法(Sol-gel)過程中，以正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、鈦酸四丁酯等作為反應前驅體，在催化劑和引發劑的作用下發生水解、縮聚反應:先是S1-、T1-相互交聯結合，并與木材表面的自由羥基，特別與其伯醇羥基發生縮聚反應，使S1-、T1-之間及與木材表面羥基產生化學結合，形成相互交聯結合的化學組成為Si02、1102的雙元氧化膜。該雙元氧化膜具有較好的功能性，Si02具有較強的表面疏水性；Ti02具有較好的光催化性，能催化降解有機污染物、染料等，使其降解、脫色。因此，依據Sol-gel法，采用同步法，即將所需的組分原料先配合在一起，同時反應生成溶膠-凝膠的過程，調控木材表面負載硅鈦雙元氧化膜。
[0016]正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷分別發生水解反應，形成溶膠，使溶膠在木材表面凝膠形成二氧化娃薄膜，這時形成的二氧化娃薄膜表面帶有自由輕基和甲基，需要進一步發生脫水縮聚反應，消除表面自由羥基，使形成的二氧化硅表面只有甲基，無親水基團，從而使其具有較強的疏水性。在高頻電場作用下，由于硅、鈦均為半導體，介電常數和介電損耗較大，吸收的能量大大高于木材。因其升溫速度非常快，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生縮聚反應，消除了自由羥基，也解決了干燥升溫過程中干燥粉化的現象，形成的雙元氧化膜光潔度、穩定性等較好。同時，高頻時容易快速使木材表面獲得較高的溫度，硅鈦雙元膜的結晶結構等發生變化，得到的氧化膜具有較好的功能性。
[0017]與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:
[0018]本發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，能催化降解有機污染物、染料等，使其在使用過程中能使附著在其表面或與其接觸的有機污染物光催化降解，起到自清潔作用，而且還能因此延長其使用壽命；進一步的，本發明制備方法簡捷易操作、成本低，在實際工業生產能大大提高企業效益。
【具體實施方式】
[0019]下面結合【具體實施方式】進行詳細描述，但應當理解本發明的保護范圍并不受【具體實施方式】的限制。下列實施例中使用的ΗΝ03質量濃度為65 %?68 %，使用的乙醇體積濃度彡99.
[0020]實施例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的前驅體，鈦酸四丁酯為打02前驅體，HNO 3為催化劑，乙醇為溶劑，水為引發劑。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，加熱時間為25min，即得
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[0022]實施例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的前驅體，鈦酸四丁酯為打02前驅體，ΗΝ0 3為催化劑，乙醇為溶劑，水為引發劑。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，加熱時間為14min，即得產品Ο
[0024]實施例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的前驅體，鈦酸四丁酯為打02前驅體，ΗΝ0 3為催化劑，乙醇為溶劑，水為引發劑。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，加熱時間為2min，即得產品Ο
[0026]本發明方法使木材表面獲得光催化性，同時，又使木材表面具有較強的疏水性，從而使得本發明方法改良后的木材即具有表面自清潔的功能。
[0027]前述對本發明的具體示例性實施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述并非想將本發明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據上述教導，可以進行很多改變和變化。對示例性實施例進行選擇和描述的目的在于解釋本發明的特定原理及其實際應用，從而使得本領域的技術人員能夠實現并利用本發明的各種不同的示例性實施方案以及各種不同的選擇和改變。本發明的范圍意在由權利要求書及其等同形式所限定。
【主權項】
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，加熱時間為2?25min，即得產品。2.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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。
【專利摘要】本發明公開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)將經步驟(2)后所得木材放在室溫條件下陳化12～36h，陳化過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，加熱時間為2～25min，即得產品。本發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。
【IPC分類】B27K3/52, B27K3/15, B27K5/00
【公開號】CN105328751
【申請號】CN201510708328
【發明人】符韻林, 劉曉玲, 黎韋水
【申請人】廣西大學
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年10月27日