CN109291182B - 一种物理气相沉积法制备耐紫外老化功能型木材的方法 - Google Patents

一种物理气相沉积法制备耐紫外老化功能型木材的方法 Download PDF

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Abstract

一种物理气相沉积法制备耐紫外老化功能型木材的方法。本发明要解决木材表面在紫外照射下发生老化，常规物理气相沉积法的高温条件不适用于木材表面涂层结构构建的问题。首先对管式电阻炉进行改进，划分出高温区与沉积区；分别将g‑C3N4前驱体与木材放置于管式电阻炉的不同区域；以氮气排净石英管内空气后，在设定的工艺参数下进行升温；达到一定温度后开始进行物理气相沉积操作，使g‑C3N4均匀负载与木材表面，形成可以吸收紫外线的保护涂层。本产品经15天加速紫外老化实验，与处理前相比整体色差小于8％，远远小于未经改性处理木材的25％，木材表面得到了良好的保护。本发明具有制备技术工艺简单，原料成本低廉，环境友好等优点。

Description

一种物理气相沉积法制备耐紫外老化功能型木材的方法
技术领域
本发明涉及耐紫外老化功能型木材的制备方法。
背景技术
木材作为一种天然、可再生、环境友好型的有机高分子材料，因其良好的加工性能与具有美学特性的天然纹理结构，在室内装饰与建筑等领域有着广泛的应用。然而由于木材的主要组成成分中的木质素在紫外线照射下会发生降解，使木材表面发生颜色变化，并进一步在雨水、风蚀等作用下，木材表面结构变得疏松多孔同时力学强度降低，严重缩短了木材的使用寿命。
光催化剂是一类在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。其中可以吸收紫外波段电磁波的光催化剂也常常被用作紫外吸收剂。类石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种不含有任何金属元素的新型光催化试剂，其制备成本低廉、合成工艺简单、理化性质稳定且不含有任何生物毒性。g-C3N4可以利用部分紫外波段与可见光波段的电磁波，但目前鲜有利用g-C3N4作为紫外吸收剂的研究报道。
物理气相沉积法是一种利用物理的方法使镀膜材料气化，在基体表面沉积成膜的方法。由于该方法几乎都需要在几百摄氏度的高温条件下进行，因而较难用于在木材表面涂层结构的构建。
综上所述，针对木材表面易受紫外老化，常规物理气相沉积法的高温条件不适用于木材表面涂层结构构建的问题，本研究通过利用改进的物理气相沉积法将g-C3N4负载于木材表面，在木材表面构建一层可以吸收紫外线的保护涂层，得到耐紫外老化功能型木材。本实验具有操作简单、产品易得、无毒、成本低廉、环境友好等优点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，在较低温度条件下，在木材表面构建一层均匀的g-C3N4紫外吸收涂层，提供一种耐紫外老化功能型木材的制备方法。
本发明中耐紫外老化功能型木材的制备方法具体按下述步骤进行：
(1)将杨木试件(长宽厚分别为30mm×30mm×5mm)放入超声清洗机中，超声清洗表面8～10min，将清洗后的杨木试件置于103℃的干燥箱中烘至绝干，备用。
(2)称取一定质量的g-C3N4前驱体粉末，均匀平铺于石英舟中，将石英舟置于开启式管式电阻炉高温区，将杨木试件置于管式炉沉积区。
(3)以一定流速向管式炉中持续通入氮气，至石英管内空气全部排出后停止。
(4)将管式炉以5～10℃/min的升温速率由室温加热至500～600℃，保温20～30min。
(5)以100～800mL/min流速缓缓向管式炉中通入氮气，10～40s后停止气体通入，静置数分钟。
(6)重复操作(5)3～5次，得到表面负载g-C3N4的耐紫外老化功能型木材。
本发明以木材为研究对象，针对木材表面在紫外线照射下易发生老化的问题，利用改进的物理气相沉积法，以g-C3N4前驱体为原料，在木材表面构建g-C3N4均匀的紫外吸收涂层，处理后的木材经15天加速紫外老化实验，整体色差小于8％，远远小于未处理材的25％。本发明所用原料成本低廉、制备工艺简单、全程环境友好，适合工业化推广，有利于提高木材的产品附加值，同时延长木制品使用寿命，实现木质资源材料的高效利用。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实例1
将杨木试件(长宽厚分别为30mm×30mm×5mm)放入超声清洗机中，超声清洗表面8～10min，将清洗后的杨木试件置于103℃的干燥箱中烘至绝干，备用。称取一定质量的三聚氰胺粉末，均匀平铺于石英舟中，将石英舟置于开启式管式电阻炉高温区，将杨木试件置于管式炉沉积区。以一定流速向管式炉中持续通入氮气，至石英管内空气全部排出后停止。将管式炉以5～10℃/min的升温速率由室温加热至550～600℃，保温20～30min。以100～800mL/min流速缓缓向管式炉中通入氮气，10～40s停止气体通入，静置数分钟。重复上述沉积操作3次，得到表面负载g-C3N4的耐紫外老化功能型木材。
实例2
将杨木试件(长宽厚分别为30mm×30mm×5mm)放入超声清洗机中，超声清洗表面8～10min，将清洗后的杨木试件置于103℃的干燥箱中烘至绝干，备用。称取一定质量的尿素药品颗粒，均匀平铺于石英舟中，将石英舟置于开启式管式电阻炉高温区，将杨木试件置于管式炉沉积区。以一定流速向管式炉中持续通入氮气，至石英管内空气全部排出后停止。将管式炉以5～10℃/min的升温速率由室温加热至500～550℃，保温20～30min。以100～800mL/min流速缓缓向管式炉中通入氮气，10～40s后停止气体通入，静置数分钟。重复上述沉积操作5次，得到表面负载g-C3N4的耐紫外老化功能型木材。
实例3
将制备好的表面负载g-C3N4的耐紫外老化功能型木材放置于上海一恒科技有限公司生产的LZW-050A型紫外老化试验箱中，进行加速紫外老化试验，测试环境温度设定为60℃，辐射强度0.77W/m2，测试时间为15天。依据CIELAB颜色系统，使用北京卡美斯特公司生产的NF333型分光光度计对老化测试后的木材表面颜色进行测定，结果显示表面负载有g-C3N4紫外吸收涂层的木材与实验前相比总体色差小于8％，而未经过任何处理的木材与实验前相比表面总体色差高达25％。

Claims (1)

1.一种物理气相沉积法制备耐紫外老化功能型木材的方法，包括以下步骤：
(1)将长宽厚分别为30mm×30mm×5mm的杨木试件放入超声清洗机中，超声清洗表面8～10min，将清洗后的杨木试件置于103℃的干燥箱中烘至绝干，备用；
(2)称取一定质量的作为g-C3N4前驱体的三聚氰胺粉末或尿素药品颗粒，均匀平铺于石英舟中，将石英舟置于开启式管式电阻炉高温区，将杨木试件置于管式炉沉积区；
(3)以一定流速向管式炉中持续通入氮气，至石英管内空气全部排出后停止；
(4)将管式炉以5～10℃/min的升温速率由室温加热至500～600℃，保温20～30min；
(5)以100～800mL/min流速缓缓向管式炉中通入氮气，10～40s后停止气体通入，静置数分钟；
(6)重复操作(5)3～5次，得到表面负载g-C3N4的耐紫外老化功能型木材。
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