CN104589441B - 一种在木材表面制备ZnO涂层的简便方法 - Google Patents

一种在木材表面制备ZnO涂层的简便方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在木材表面制备ZnO涂层的简便方法，采用超声波震荡法，包括以下步骤：（1）醋酸锌前驱体溶液的配制；（2）将木材浸渍于醋酸锌前驱体溶液中；（3）再将木材放入氨水溶液中，同时进行超声处理；（4）对浸渍后的湿木材进行干燥处理。本发明工艺简单、成本低、稳定性极高，制得的ZnO涂层能够较为稳定地键接在木材表面，不易脱落且该涂层无毒无害，透明度高，仍旧保持木材的纹理美观性，同时木材产品的耐候性、抗紫外、表面疏水性均得到改善。

Description

一种在木材表面制备ZnO涂层的简便方法
技术领域
本发明属于材料制备领域，具体涉及一种在木材表面制备ZnO涂层的简便方法。
背景技术
木材广泛应用于工程材料和生产生活领域，其用量大、成本低、可再生，与钢材、水泥、塑料等有着显著的差异，具有一些独特的性质如纹理美观性等。木材作为天然高分子材料，其在紫外光的作用下，易发生变色和降解，对木材进行抗紫外保护，对于木材来说具有积极的意义。通常采用木材表面涂层的方法，使木材隔绝外界环境。目前木材表面涂层的主要成分以有机化合物居多，当具有有机涂层的木材置于自然环境中时，一旦脱落或者磨损，易造成自然环境的污染等问题，所以国内外一直关注对无机物涂层的研究，目前木材表面无机物涂层的制备主要是应用水热法，但水热法操作过程较复杂，能耗损失也较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种在木材表面制备ZnO涂层的简便方法，工艺简单、成本低、稳定性极高，制得的ZnO涂层能够较为稳定地键接在木材表面，不易脱落且该涂层无毒无害，透明度高，仍旧保持木材的纹理美观性，同时木材产品的耐候性、抗紫外、表面疏水性均得到改善。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种在木材表面制备ZnO涂层的简便方法包括如下步骤：
（1）配制前驱体溶液：将醋酸锌、水和醇混合均匀；
（2）将木材浸渍于室温-200℃的前驱体溶液中；
（3）将木材从前驱体溶液中取出，浸没于pH=7-13的氨水溶液中，超声处理0.5-20h；再浸没于超纯水中，超声处理0.5-5 h；
（4）将超声后的木材进行干燥处理。
木材为杨木、桦木、松木、杉木或轻木。
前驱体溶液中醋酸锌的摩尔浓度为0.1-5 mol/L。
醇为乙醇、异丙醇、丁醇中的一种或两种。
木材在前驱体溶液中的浸渍时间为0.5-50 h。
干燥处理包括热风干燥和冷冻干燥。
化学反应如下：
Eqs.1-6是在超声波作用下由醋酸锌与氨水反应生成ZnO的化学反应过程。Eq.1是氨水的电离反应，由于氨水是过量的，Eqs.3-4发生的几率较小，Eqs.2发生的几率较大，所以生成ZnO的反应主要是在超声作用下羟基的缩合反应即Eqs.5-6。由于该过程为非自发反应，所以只有在超声的作用下，才会制备得到ZnO。同时，Eqs.5-6中的Zn(OH)2、Zn(OH)4 2- 在超声的作用下，与木材中的-OH发生作用，使得ZnO与木材形成化学键接。
本发明的显著优点在于：
本发明利用超声波震荡浸渍法使ZnO在木材表面形成较为连续的涂层。通过化学反应及超声作用使ZnO与木材细胞壁羟基形成稳定的化学键接牢固地结合在木材表面。由于ZnO无毒无害，透明度高，所以对环境不会造成污染且还保持了木材本身所具有的天然纹理、色泽和花纹。同时赋予木材优良的性能，如耐候性能、疏水性能、热稳定性等。
本发明的方法工艺简单、成本低、稳定性极高，制备得到的ZnO涂层较为稳定的键接在木材表面，不易脱落且该涂层无毒无害，透明度高，仍旧保持木材的纹理美观性，同时木材产品的耐候性、抗紫外、表面疏水性得到改善。
附图说明
图1，2，3为实施例1制备的木材表面ZnO涂层的扫描电镜照片，放大倍数分别为250×，1000×和10000×。
图4为具有ZnO涂层的木材的抗紫外性能。
图5为具有ZnO涂层的木材的表面疏水性。
具体实施方式
实施例1
木材表面ZnO涂层的制备方法是通过以下步骤实现的：
配制前驱体溶液，即将醋酸锌/水/乙醇均匀混合，醋酸锌的摩尔浓度为0.6 mol/L，水与乙醇的体积比为1：9；（2）将木材浸没于前驱体溶液中，在温度为50℃下浸渍并保持8h；（3）将木材从前驱体溶液取出后，浸没于pH值为8的氨水溶液中，同时置于型号为KQ–100TDE的超声波振荡器中进行超声处理2 h，其中超声频率为80 kHz，超声功率为50 W；再将木块放入超纯水中超声0.5 h；（4）超声处理完成后，取出木块放入冷冻干燥机进行干燥处理，最终得到木材表面ZnO涂层。
本实施例得到的木材表面ZnO涂层的微观形貌扫描电镜照片如图1，2，3所示，放大倍数依次分别为250×，1000×和10000×，由图中可以看出ZnO是以薄片粘结相连、连续生长成大范围的膜层覆盖在木材表面，构成了木材的无机保护层。图4为未处理的木材与具有ZnO涂层的木材在实验室条件下用紫外灯照射240 h，表面颜色的变化情况，具有ZnO涂层的木材表面基本不变色而未处理的木材则变黄，表明具有ZnO涂层的木材具有较好的抗紫外性能。图5为具有ZnO涂层的木材表面疏水性照片，用型号为SL200B的接触角仪测定其接触角可达120°。
实施例2
木材表面ZnO涂层的制备方法是通过以下步骤实现的：
配制前驱体溶液，即将醋酸锌/水/乙醇均匀混合，醋酸锌的摩尔浓度为0.6 mol/L，水与乙醇的体积比为1：9；（2）将木材浸没于前驱体溶液中，在温度为50℃下浸渍并保持5h；（3）将木材从前驱体溶液取出后，浸没于pH值为9的氨水溶液中，同时置于型号为KQ–100TDE的超声波振荡器中进行超声处理1 h，超声频率为80 kHz，超声功率为100 W；再将木块放入超纯水中超声0.5 h；（4）超声处理完成后，取出木块放入冷冻干燥机进行干燥处理，最终得到木材表面ZnO涂层。
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 (4)

1.一种在木材表面制备ZnO涂层的简便方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）配制前驱体溶液：将醋酸锌、水和醇混合均匀；
（2）将木材浸渍于室温-200℃的前驱体溶液中；
（3）将木材从前驱体溶液中取出，浸没于pH=7-13的氨水溶液中，超声处理0.5-20 h；再浸没于超纯水中，超声处理0.5-5 h；
（4）将超声后的木材进行干燥处理；
前驱体溶液中醋酸锌的摩尔浓度为0.1-5 mol/L；
木材在前驱体溶液中的浸渍时间为0.5-50 h；
超声处理的频率为80 kHz，功率为50-100 W。
2.根据权利要求1所述的在木材表面制备ZnO涂层的简便方法，其特征在于：木材为杨木、桦木、松木、杉木或轻木。
3.根据权利要求1所述的在木材表面制备ZnO涂层的简便方法，其特征在于：醇为乙醇、异丙醇、丁醇中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的在木材表面制备ZnO涂层的简便方法，其特征在于：干燥处理包括热风干燥和冷冻干燥。
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