CN103481346B - 一种自清洁功能竹材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自清洁功能竹材及其制备方法，以TiCl4、离子液体等为主要原料，采用浸提/原位水解技术制得负载二氧化钛的具有自清洁功能的竹材。本发明不仅提高了竹材防霉变、耐虫蛀、耐腐、耐磨、耐候性等性能，而且具有抗菌、灭菌、净化空气等自清洁功能。本发明解决了传统方法制得的负载二氧化钛竹材，其负载不均匀、容易脱落等问题。该技术的成功对于缓解木材资源短缺、拓展竹材的应用范围，维持可持续发展具有重要的现实意义。
Description
技术领域
本发明属于竹材领域，具体涉及一种自清洁功能竹材及其制备方法。
背景技术
由于竹子生长快、产量高、成材早，且竹材强度高、韧性好、硬度大，其主要的力学性能可与硬阔叶树材相媲美，作为工程结构材料具有广阔的开发应用前景。因此被誉为第二森林资源，是木材的重要替代材料。但由于竹材比一般木材含有更多的营养物质，因而在温暖潮湿的条件下很容易产生腐朽、霉变、虫蛀以及易燃烧等特点，大大限制了竹材产品的应用范围。因此，如何通过竹材性质的改良，拓展竹材的使用范围，提高竹材附加值和利用率成为亟待解决的问题。
目前竹材防腐和防蛀主要分为物理法和化学法两种。1) 物理方法：主要有高温法、浸水法、烟熏法、气调法、远红外线法、微波法、射线法等，虽然这些方法无公害、无残毒；但是处理后的竹材或竹制品，若保管不当，会再度感染蛀虫和霉菌等。2) 化学方法：主要有涂布法、浸渍法、蒸煮法、熏蒸法、加压注入法等，虽然这些方法防蛀、防腐等效果较好；但是药剂一般有毒，容易对制品和环境造成污染。而随着人们环保意识的增强，对竹材的防虫剂、防腐剂、防霉剂的环保要求和标准越来越高，如美国、日本、欧洲等大部分国家已禁止使用CCA、PCP等防腐剂。因此开发一种环境友好的竹材改良工艺成为当前研究的热点。
近年来，二氧化钛光技术在空气净化、废水处理等环境治理领域得到广泛的应用，人们开发出了诸如自清洁和抗菌瓷砖、自清洁抗雾玻璃、光催化空气净化器等多用途的二氧化钛光催化产品。如何将具有光催化性能的二氧化钛引入到竹材中，开发出具有自清洁和抗菌性能、能够降解有机污染物的竹材；并能改善竹材容易霉变、虫蛀、腐朽、燃烧，耐磨性、耐候性差等缺点，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自清洁功能竹材及其制备方法，不仅提高了竹材防霉变、耐虫蛀、耐腐、耐磨、耐候性等性能，而且具有抗菌、灭菌、净化空气等自清洁功能。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种自清洁功能竹材是采用浸提/原位水解法制得的负载TiO2具有自清洁功能的竹材。
制备如上所述的自清洁功能竹材的方法包括以下步骤：
（1）将新鲜竹材除去竹青和竹黄；
（2）将经过处理后的竹材浸渍到离子液体中，升温到50~90℃，浸提1~3h后，将竹材取出，于离子液体和TiCl4的混合液中浸渍0.5~2h后，缓慢加入蒸馏水，并将混合液温度升至100℃，缓慢滴加浓氨水调节混合液的pH值至7-9，反应30min后将竹材取出，冲洗表面的沉淀物，放入鼓风干燥箱烘干，自然冷却即制得所述的自清洁功能竹材。
所述的离子液体为溴化1-丁基-3-甲基咪唑[Bmim]Br、氯化1-丁基-3-甲基咪唑[Bmim]Cl、溴化1-辛基-3-甲基咪唑[Omim]Br、氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑[Amim]Cl中的一种。
本发明的显著优点在于：本发明制得的自清洁功能竹材不仅提高了竹材本身的防霉变、耐虫蛀、耐腐、耐磨性等；而且使竹材具有抗菌、灭菌、净化空气等自清洁功能；还解决了传统方法制得的负载二氧化钛竹材，其负载不均匀、容易脱落等问题。该技术的成功对于缓解木材资源短缺、拓展竹材的应用范围，维持可持续发展具有重要的现实意义。
具体实施方式
实施例1
将新鲜竹材除去竹青和竹黄；浸渍到离子液体溴化1-丁基-3-甲基咪唑[Bmim]Br中，并将温度上升到50℃下，浸提3h后，将竹材取出并浸入到[Bmim]Br/TiCl4混合液中，浸渍0.5h后，缓慢加入一定量的蒸馏水，并将混合液温度升至100℃，并缓慢滴加浓氨水调节混合液的pH值至7，并反应30min后将竹材取出，用冲洗表面的沉淀物，放入鼓风干燥箱烘干，待冷却，即制得所述的自清洁功能竹材。
实施例2
将新鲜竹材除去竹青和竹黄；浸渍到离子液体溴化1-辛基-3-甲基咪唑[Omim]Br中，并将温度上升到90℃下，浸提1h后，将竹材取出并浸入到[Omim]Br/TiCl4混合液中，浸渍2h后，缓慢加入一定量的蒸馏水，并将混合液温度升至100℃，并缓慢滴加浓氨水调节混合液的pH值至9，并反应30min后将竹材取出，用冲洗表面的沉淀物，放入鼓风干燥箱烘干，待冷却，即制得所述的自清洁功能竹材。
实施例3
将新鲜竹材除去竹青和竹黄；浸渍到离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑[Bmim]Cl中，并将温度上升到80℃下，浸提2h后，将竹材取出并浸入到[Bmim]Cl/TiCl4混合液中，浸渍1h后，缓慢加入一定量的蒸馏水，并将混合液温度升至100℃，并缓慢滴加浓氨水调节混合液的pH值至8，并反应30min后将竹材取出，用冲洗表面的沉淀物，放入鼓风干燥箱烘干，待冷却，即制得所述的自清洁功能竹材。
实施例4
竹材板去除甲醛的实验：在顶部及四周用玻璃、底部用竹材板围成的1 m3的密闭箱中分别进行甲醛的评价实验。评价条件为：8 W低压汞灯(主波长365 nm)，竹材板的面积为1 m×1 m，甲醛的初始浓度为25ppm，反应温度为室温，反应时间为2h、4h、6h，对甲醛的去除率见表1。
表1 竹材板对甲醛的去除率
实施例5
竹材板去除甲醛及苯的实验：福州某商品房装修中，在两间大小相近的卧室内，分别采用该技术制备的竹材板和未经处理的竹材板铺地板及做橱柜。装修完后经过一段时间(t0、t1、t2、t3)分别采样检测两个房间空气中甲醛和苯的含量，发现采用该技术制备的竹材板装修的房间，甲醛、苯的浓度比采用未处理的竹材板装修的房间浓度低。表2经过不同时间取样检测采用该技术处理过的竹材板装修的房间甲醛浓度(C1甲醛)和苯浓度(C1苯)，与采用未经处理的竹材板装修房间甲醛浓度(C0甲醛)和苯浓度(C0苯)的对比数据。
表2 采用两种竹材板装修的房间甲醛和苯浓度对比
注：第一次采样时间为t0,t1第一取样后的第30天；t2第二取样后的第30天；t3第二取样后的第60天。
实施例6
竹材板杀菌实验：在相同条件下分别移取200 ml大肠杆菌菌悬液倒入用竹材板围成的容器中，在8 W低压汞灯(主波长365 nm)照射下，每隔2 h取一次样，通过平板菌落计数法测定细菌存活率。
表3 竹材板对大肠杆菌的杀菌效率
实施例7
竹材板耐腐性实验方法：根据GB/T13942.1-2009《木材天然耐久性试验方法——木材天然耐腐蚀性实验是实验室试验方法》及林业行业标准LY/1283《木材防腐剂对腐朽菌毒性实验室试验方法》进行。
表4 竹材板耐腐性能
实施例8
竹材板耐磨性实验：将研磨轮轻轻置于试件上，再以(4.9 ± 0.2)N的力作用于试件，然后旋转试件。为使砂轮与试样作用均匀，先转50r后称质量，作为初始质量W0，之后每50r检查试件，再称质量Wi，并用毛刷清除砂轮中的试样细粒。每500r 更换一次砂轮。每组试样平行测定3次。磨耗量W' = Wi－W0。
表5 竹材板表面磨耗量
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (2)
1.一种自清洁功能竹材的制备方法，其特征在于：所述竹材是采用浸提/原位水解法制得的负载TiO2具有自清洁功能的竹材；
包括以下步骤：
（1）将新鲜竹材除去竹青和竹黄；
（2）将经过处理后的竹材浸渍到离子液体中，升温到50~90℃，浸提1~3h后，将竹材取出，于离子液体和TiCl4的混合液中浸渍0.5~2h后，缓慢加入蒸馏水，并将混合液温度升至100℃，缓慢滴加浓氨水调节混合液的pH值至7-9，反应30min后将竹材取出，冲洗表面的沉淀物，放入鼓风干燥箱烘干，自然冷却即制得所述的自清洁功能竹材。
2.根据权利要求1所述的自清洁功能竹材的制备方法，其特征在于：所述的离子液体为溴化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基-3-甲基咪唑、溴化1-辛基-3-甲基咪唑、氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑中的一种。
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