CN112847704B - 一种具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的制备方法，包括如下步骤：对木材进行预处理；取氯化铁和氯化亚铁溶于水中，混合均匀，然后将经过预处理的木材浸没于混合溶液中浸煮，加入稀氨水置于反应釜内加热；然后取出木材浸没于正硅酸乙酯溶液中，加入类石墨相氮化碳粉末，进行超声处理，然后置于反应釜中加热；取出木材清洗干燥，即制得具有吸波和耐光老化性能的功能型木材，通过该方法制备得到的功能型木材具有电磁波吸收和耐光老化性能。

Description

一种具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的制备方法
技术领域
本发明涉及木材功能性修饰技术领域，具体涉及一种具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的制备方法。
背景技术
木材是一种天然生物质材料，具有可再生、强重比高等优异性能，被广泛应用在建筑装饰等领域。然而其易受光照影响而产生褪色、老化等缺陷，极大地限制了木材的安全性和使用寿命，因此提高木材耐光老化性能具有重要的实际意义。另一方面，随着通讯科技的迅速发展，大量的电磁干扰无时无刻不出现在人们生活的环境中，造成严重干扰人们日常生活及身体健康一种电磁污染，长期处于密集的电磁辐射下，电易引发人癌症及生殖率下降等问题，对电磁波的防护任务已经迫在眉睫，引起我国科技工作者的高度重视。针对上述问题，研发一种兼具电磁波吸收和耐光老化性能的木材产品，既能够提高木材产品的使用寿命和附加值，又能够保障人居环境免受电磁污染的侵扰，拥有巨大的市场发展空间和经济增长潜力。
Fe3O4粒子是是最为常见磁性粒子，其制备原料价格低廉，工艺简单，制得的磁性粒子粒径小，比表面积大。将木材与其进行复合即可获得具有电子屏蔽的磁性材料，高频下复合材料的表面电流不会过于密集，能够通过涡流、磁滞以及自然共振等方式对电磁波进行损耗与削弱具有良好的电磁波吸收性能。利用SiO2对Fe3O4进行掺杂，能够有效降低磁性粒子之间的相互接触，减弱团聚现象，达到改善复合材料表面活性的目的，从而提高复合材料矫顽力。进一步通过静电作用，将无机非金属光催化剂半导体材料类石墨相氮化碳(GCN)组装在复合材料表面，形成异质结可以显著提高其可见光响应，促进光生载流子分离和电子转移，从而提高其光吸收性能。综上所述，本发明以FeCl3、SiO2、GCN等为主要原料，通过溶剂热和液相沉积等方法在木材表面构建GCN/SiO2/Fe3O4复合涂层，获得具有吸波和耐光老化性能的功能型木材，本发明制备过程简易、环境友好、成本低廉。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服上述背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种具有吸波和耐光老化性能的功能型木材制备方法。
本发明中具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的制备方法，具体按下述步骤进行：
(1)木材预处理：将杨木浸没于体积分数为50％～80％的乙醇水溶液中，采用450～700W功率超声清洗15～20分钟，然后取出杨木，在60℃下真空干燥24～36小时。
(2)Fe3O4复合木材的制备：分别配置0.5mol/L的FeCl3溶液和FeCl2溶液，加入反应釜内，按照2:1配比均匀混合，并将步骤预处理获得的杨木放入反应釜内，将反应釜置于80～90℃下水浴加热3～5小时。待完成后，将体积分数为5％～8％的稀氨水加入反应釜中，将反应釜放入烘箱中，在110～130℃下加热6～8小时，控制烘箱升温速率为5～10℃/min，待加热完成后，冷却至室温，取出杨木，清洗并干燥。
(4)GCN/SiO2/Fe3O4复合木材的制备：将Fe3O4复合木材，浸没于盛有正硅酸乙酯溶液的反应釜中，加入GCN粉末，450～700W功率超声处理4～6小时，然后将反应釜置于烘箱中，在110～130℃下加热3小时，冷却至室温后，取出产物，干燥，即得具有吸波和耐光老化性能的功能型木材。
本发明采用人工林杨木为基体，对其进行表面功能性修饰，改良其尺寸稳定性，赋予其电磁屏蔽和耐光老化等功能。本发明工艺简单易行，制备过程费用低廉，所得的产品可广泛应用于建筑装饰等领域。
附图说明
图1为本发明实施例制得的一种具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的扫描电子显微镜图(SEM，×5000)。
图2为本发明实施例制得的一种具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的红外光谱图像(FTIR)。
图3为本发明实施例制得的一种具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的室温磁滞回曲线(VSM)。
图4为本发明实施例制得的一种具有吸波和耐光老化性能的功能型木材紫外加速老化测试后表面颜色变化图。
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。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过商业途径得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一、具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的制备
将杨木边材干燥，锯切成尺寸为：长×宽×高＝30mm×10mm×5mm的片状，长度方向为木材生长方向。
将锯切好的杨木分别用去离子水和乙醇清洗，用450W功率超声波清洗20分钟，取出木材，在60℃下真空干燥24h。
将木材浸渍在含有0.5mol/L的FeCl3·6H2O和FeCl·4H2O的混合溶液烧杯中，其中Fe3+与Fe2+的固定物质的量之比2:1。将木材和制得的混合溶液置于反应釜中，升温至90℃，反应3小时。待反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，在上清液加入10ml，5％体积分数的稀氨水，将反应釜在110℃下加热反应8小时。
将杨木样品从反应釜中取出并用乙醇和去离子水清洗，干燥，制得Fe3O4复合木材样品。
将Fe3O4复合木材样品，浸没于盛有正硅酸乙酯溶液的反应釜中，加入GCN粉末，600W功率超声处理4小时，然后将反应釜置于烘箱中，在110℃下加热3小时，冷却至室温后，取出产物，干燥，即得具有吸波和耐光老化性能的功能型木材。
将本实施例制得的具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的微观形貌和化学组分特征，分别采用扫描电子显微镜(SEM，QUANTA200)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR，6700FT-IR)进行观察测试，具体见说明书附图1和2。
二、具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的电磁波吸收效果
取本实施例制备完成的GCN/SiO2/Fe3O4复合木材，制得体积为2mm×2mm×2mm的小木片，采用MPMS XL-7磁学测量系统对本实施例制得的具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的室温磁滞回曲线进行测试。获得的室温磁滞回曲线见说明书附图3。具有吸波和耐光老化性能的功能型木材，磁饱和强度达到6.94emu/g。
三、具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的耐光老化效果
取本实施例制备完成的GCN/SiO2/Fe3O4复合木材，进行紫外光加速老化测试，采用NF333型分光光度计按照国际照明委员会CIEL*a*b*标准色度学系统，对本实施例制得具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的耐光老化效果进行测试，获得的颜色变化结果见说明书附图4。96小时紫外老化后，具有吸波和耐光老化性能的功能型木材色差变化较杨木降低了43％。

Claims (5)

1.一种具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配制体积分数为50％～80％的乙醇水溶液，将杨木浸渍在所述乙醇水溶液中，超声清洗15～20分钟，并在60℃下真空干燥24～36小时；
(2)分别配置0.2～0.5mol/L的FeCl3溶液和FeCl2溶液作为溶剂热合成的基础液，所述2种基础液中，Fe3+与Fe2+的物质的量之比为2:1～1.5:1；
(3)将步骤(2)获得的2种基础液制成混合溶液，将步骤(1)获得的产物浸没于所述混合溶液中，在85～90℃下浸煮3小时；
(4)将体积浓度为8％的稀氨水加入步骤(3)获得的产物中，在110～130℃下加热8小时，冷却至室温后，取出产物，60℃下干燥24小时；
(5)将步骤(4)获得的产物浸没于正硅酸乙酯溶液中，然后加入类石墨相氮化碳粉末，超声处理4小时，获得混合悬浊液；
(6)将步骤(5)中获得的混合悬浊液，在110～130℃下加热3小时，冷却至室温后，取出产物，干燥，即得具有吸波和耐光老化性能的功能型木材。
2.根据权利要求1所述的具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的制备方法，其特征在于，在上述步骤(4)中，升温速率为5～10℃/min。
3.根据权利要求1所述的具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的制备方法，其特征在于，在上述步骤(5)中，浸没于正硅酸乙酯溶液中时间为4～6小时，超声处理功率为400～700W。
4.根据权利要求1所述的具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的制备方法，其特征在于，在上述步骤(5)中，同时加入少许乙醇将正硅酸乙酯溶解。
5.根据权利要求1所述的具有吸波和耐光老化性能的功能型木材的制备方法，其特征在于，在上述步骤(5)中，混合悬浊液中铁、硅、碳三种原子物质的量之比为nFe:nSi:nC＝6:2:3。
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