一种竹材表面负载纳米二氧化钛材料的制造方法与流程

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本发明属于有复合材料制备技术领域,专利分类号为B01J。本发明是在竹材表面负载纳米二氧化钛材料,从而制备竹基纳米二氧化钛复合材料,使其具有光催化降解甲醛作用,可用于家具板材生产制造方面。



背景技术:

木材是世界公认的绿色材料,由于其具有悦目宜人的颜色、优雅美丽的纹理、良好的触感、强重比大和易于加工等优点,自古以来木材都是人类家具制作与室内装修的首选材料,也是当今世界四大材料——木材、塑料、钢材、水泥中唯一既可再生,又能循环使用的资源。可以说,无论是现在还是将来,木材始终是人们理想的消费选择。近些年来随着天然林保护工程的逐步实施,天然木材的日益匮乏,竹材因其生长速度快,生态功能强,等优点,而被称为“世界第二大森林”,其经济,生态和社会相依日益显得突出,是很好的工程结构和装饰材料。竹材的利用越来越广泛,竹地板,竹木复合产品也越来越多的应用起来,“以竹代木”的口号也因此诞生。

为提高木、竹材的利用率、扩大木、竹材的应用领域、解决木、竹材实际应用中面临的诸多问题(如,老化、无电磁屏蔽效、易燃、易腐等),对木、竹材及其制品进行功能化改性是是当前木竹材科学研究中的重要内容。

纳米二氧化钛具有光催化降解作用,研究表明,在日光或灯光中紫外线的作用下使纳米二氧化钛激活并生成具有高催化活性的游离基,能产生很强的光氧化及还原能力,可催化、光解附着于物体表面的各种甲醛等有机物及部分无机物。能够起到净化室内空气的功能,因此对木、竹材及其制品进行纳米二氧化钛功能化改性,使其具有光催化降解甲醛等有机物是木、竹制品功能化改性中的热点。

国内主要利用溶胶—凝胶法或者将二氧化钛与胶粘剂经过物理混合后直接施加到木、竹材中,从而制备二氧化钛—木竹复合材料。溶胶—凝胶法需通过含钛的脂类和酸(如钛酸丁酯和盐酸)进行反应生成二氧化钛溶胶,然后将木、竹材浸入在二氧化钛溶胶中,使得二氧化钛负载在木、竹材表面形成复合材料。此方法需要用到一些有机溶剂且二氧化钛负载难以控制,二氧化钛纳米颗粒容易发生沉积不均匀,易团聚。也有研究学者将二氧化钛与脲醛胶混合后喷洒到刨花表面,从而制备二氧化钛刨花板,但此种方法会导致二氧化钛在脲醛胶中混合不均匀,同时增加施胶困难,且二氧化钛在操作中易团聚。以上所述这两种方法制得的二氧化钛—木竹复合材料均存在二氧化钛分布不均匀,易团聚,且操作复杂等问题,因此寻找一种二氧化钛分布均匀、操作简单、负载量大、且与木竹材牢固结合的方法是关键。



技术实现要素:

为了克服已有纳米二氧化钛复合材料的二氧化钛分布不均匀、易团聚、操作复杂的不足,本发明提供了一种二氧化钛分布均匀、操作简单、负载量大、且与竹材牢固结合的竹材表面负载纳米二氧化钛材料的制造方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:

一种竹材表面负载纳米二氧化钛材料的制造方法,包括以下步骤:

①纳米二氧化钛的磺酸化处理,将TIO2纳米材料配成设定质量分数的水溶液待用;

②竹材的冷等离子体处理;

③竹基纳米二氧化钛复合材料的制备,过程如下:

将经过冷等离子体处理的竹材浸泡在经过磺酸化处理的纳米TIO2水溶液中,浸泡5-15min,浸泡时应充分搅拌纳米TIO2水溶液;浸泡好后取出竹材,用水冲洗掉竹材表面游离的纳米TIO2材料,然后放入烘箱中干燥,干燥温度为70-100℃,干燥时间为10-20min。

进一步,所述步骤③中,干燥后的竹材再次经过冷等离子体处理,然后又浸泡在纳米TIO2水溶液,依此循环设定次数,从而制备竹基纳米二氧化钛复合材料。

再进一步,所述步骤①中,所述纳米二氧化钛TIO2:纯度99.8%,锐钛型,亲水亲油型,纳米颗粒25nm;所述聚(4-苯乙烯磺酸)铵盐溶液,即Poly(4-ammonium styrene-sulfonic acid)),别名pas,质量分数为30%,分子量Mw≈20000,溶于水;所述纳米二氧化钛的磺酸化处理过程为:将TIO2纳米材料分散在设定质量分数的pas溶液中,先将溶液在超声振荡仪中进行超声分散,然后放置一段时间,使TIO2纳米颗粒与pas充分结合,从而使TIO2纳米颗粒带上负电荷;然后将TIO2纳米颗粒通过高速离心机进行水洗分离,从而去除溶液中的带负电荷的聚合物大分子,最后将TIO2纳米材料配成设定质量分数的水溶液待用。

更进一步,所述步骤②中,开启DBD冷等离子体设备,工作气体为空气,设置传送带速度,调整好设定功率将竹材放置进口传送带上,竹材将自动从进口进入,经过DBD冷等离子体表面处理,从出口出来,如此循环一次为处理一次。

本发明的技术构思为:本发明开发的可光催化降解甲醛的竹基纳米二氧化钛复合材料,通过空气介质阻挡放电等离子体处理竹单板表面,将处理后的竹单板浸泡在带有负电荷的纳米二氧化钛溶液中,然后干燥,再空气介质阻挡放电等离子体处理,如此循环多次(例如5次)而值得的竹基纳米二氧化钛复合材料。

本发明的有益效果主要表现在:用该方法制造的竹基纳米二氧化钛复合材料和现有纳米二氧化钛基木材/竹材相比,具有生产过程简单,易操作、可实现工业化生产、环保无污染。可替代目前市面上的纳米二氧化钛基木、竹材等。用这种方法生产的竹基纳米二氧化钛复合材料可广泛用办公家具,室内家具等家具贴面材料,具有光催化降解甲醛、防腐等功效。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。

一种竹材表面负载纳米二氧化钛材料的制造方法,包括以下步骤:

①纳米二氧化钛的磺酸化处理

纳米二氧化钛(TIO2):纯度99.8%,锐钛型,亲水亲油型,纳米颗粒25nm

聚(4-苯乙烯磺酸)铵盐溶液,即Poly(4-ammonium styrene-sulfonic acid)),别名pas,质量分数为30%,分子量Mw≈20000,溶于水,

本发明的纳米二氧化钛的磺酸化处理通过以下步骤实现:

将TIO2纳米材料分散在设定质量分数的pas溶液中,先将溶液在超声振荡仪中进行超声分散,然后放置一段时间,使TIO2纳米颗粒与pas充分结合,从而使TIO2纳米颗粒带上负电荷。然后将TIO2纳米颗粒通过高速离心机进行水洗分离,从而去除溶液中的带负电荷的聚合物大分子,最后将TIO2纳米材料配成设定质量分数的水溶液待用;

②竹材的冷等离子体处理

本发明主要采用工业用的介质阻挡放电冷等离子体(简称DBD冷等离子体)处理竹材,如竹单板,竹皮等。竹材厚度不超过4mm。

开启DBD冷等离子体设备,工作气体为空气,设置传送带速度,调整好一定功率将竹材放置进口传送带上,竹材将自动从进口进入,经过DBD冷等离子体表面处理,从出口出来,如此循环一次为处理一次。

③竹基纳米二氧化钛复合材料的制备

将经过DBD冷等离子体处理的竹材浸泡在经过磺酸化处理的纳米TIO2水溶液中,浸泡5-15min,浸泡时应充分搅拌纳米TIO2水溶液。浸泡好后取出竹材,用水冲洗掉竹材表面游离的纳米TIO2材料,然后放入烘箱中干燥,干燥温度为70-100℃,干燥时间不宜过长避免竹材发生严重卷曲,为10-20min。

干燥后的竹材再次经过等DBD冷离子体处理,然后又浸泡在纳米TIO2水溶液,依此循环,从而制备竹基纳米二氧化钛复合材料。

实例:一种竹基纳米二氧化钛复合材料的制造方法,包括以下步骤:

①纳米二氧化钛的磺酸化处理

纳米二氧化钛(TIO2):锐钛型,纯度99.8%,亲水亲油型,纳米颗粒约为25nm。

聚(4-苯乙烯磺酸)铵盐溶液:Poly(4-ammonium styrene-sulfonic acid)),别名pas,质量分数为30%,分子量Mw≈20000,溶于水。

将TIO2纳米颗粒分散在5%的pas溶液中,先将溶液在超声振荡仪中进行超声分散,功率为5KW,时间2小时,然后放置8小时,使TIO2纳米颗粒与pas充分结合,从而使TIO2纳米颗粒带上负电荷。然后将TIO2纳米颗粒通过高速离心机进行水洗分离(至少两次),从而去除溶液中的带负电荷的聚合物大分子,最后将TIO2纳米材料配成1%的水溶液待用。

②竹材的冷等离子体处理

采用工业用的介质阻挡放电冷等离子体(简称DBD冷等离子体)处理竹单板(厚度约为1.5mm)。DBD冷等离子体处理时,对材料的要求为,最大处理幅面宽度为1.22m,长度大于60mm,厚度不超过4mm。

开启DBD冷等离子体设备,工作气体为空气,设置传送带速度12m/min,调整好处理功率5KW,将竹单板放置进口传送带上,竹单板将自动从进口进入,经过DBD冷等离子体表面处理,从出口出来。

③竹基纳米二氧化钛复合材料的制备

将经过DBD冷等离子体处理的竹单板(处理功率为5KW,工作气体为空气)浸泡在经过磺酸化处理的纳米TIO2水溶液中,浸泡10min,浸泡过程中应充分搅拌纳米TIO2水溶液。浸泡好后取出竹单板,用水冲洗掉竹材表面游离的纳米TIO2材料,然后放入烘箱中干燥,干燥温度为80℃,干燥时间不宜过长避免竹材发生严重卷曲,为10min。

干燥后的竹材再次经过DBD冷离子体处理,然后又浸泡在纳米TIO2水溶液,依此循环5次,从而制备竹基纳米二氧化钛复合材料。

此方法制成的竹基纳米二氧化钛复合材料可用家具用板材(胶合板)的生产加工或者家具表面贴面,具有光催化降解甲醛及防霉防腐等功效。

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