CN108177222A - 一种利用等离子体沉积微纳米粒子增强木材防腐抗菌性能的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用等离子体沉积微纳米粒子增强木材防腐抗菌性能的处理方法,具体为:将木材放入浸渍罐中,倒入氨基硅氧烷偶联剂水溶液,进行加压浸渍处理;将木材移出浸渍罐,然后将木材放入烘箱中进行干燥处理;将微纳米粒子加入等离子处理器的粉末送料机中,把木材放入等离子体处理器的精密定位平台上,启动等离子处理器对木材表面进行沉积处理,得到表面沉积微纳米粒子的木材。本发明的处理方法,在提高木材防腐抗菌性能的同时,显著增强木材表面处理层与木材的结合强度,以及木材表面的疏水性能,阻隔水进入木材内部,破坏微生物生存环境,最终显著提高了木材的使用寿命和防腐抗菌耐久性。
Description
技术领域
本发明属于木材处理技术领域,尤其涉及一种利用等离子体沉积微纳米粒子增强木材防腐抗菌性能的处理方法。
背景技术
木材是由木质素、纤维素和半纤维素等组成的天然生物质材料,在加工利用过程中极易遭受真菌的腐朽破坏,严重影响和限制了木材的使用,甚至造成很大的经济损失。
目前,一般通过木材改性处理方法来提高木材的防腐抗菌性能,这类木材改性处理方法可分为物理法和化学法。物理法包括烟熏法、高温干燥灭菌法、水浸法、烘烤法、涂刷法、红外加热法和超声波法等,物理法的处理成本较低,操作简单,一般对环境无污染,但杀菌虫效果差,没有持久的保护性,所以物理法一般不单独使用。化学法主要是用化学药剂进行处理,用化学药剂可有效地杀死木材中已感染的霉菌和已寄生的害虫,而且还可以保护木材不再被菌虫侵蚀;化学法的优点是防护效果好,不损害木材的物理化学特性,但是流程、操作复杂,处理成本高,耐久性和抗流失性能较差。因此,研发一种成本低、耐久性高、防腐抗菌性能优异并且对人和环境无害的木材处理方法已显得尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,克服以上背景技术中提到的不足和缺陷,提供一种利用等离子体沉积微纳米粒子增强木材防腐抗菌性能的处理方法,该方法成本低廉、对环境友好,经该方法处理后的木材具有环保、高强耐久、超强疏水性、超高防腐抗菌性能等优点。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
一种利用等离子体沉积微纳米粒子增强木材防腐抗菌性能的处理方法,包括以下步骤:
(1)将木材放入浸渍罐中,倒入氨基硅氧烷偶联剂水溶液,进行加压浸渍处理;
(2)将木材移出浸渍罐,进行干燥处理;
(3)将微纳米粒子加入等离子处理器的粉末送料机中,把木材放入等离子体处理器的精密定位平台上,启动等离子处理器对木材表面进行沉积处理,得到表面沉积微纳米粒子的木材。
上述的处理方法,优选的,所述步骤(3)中微纳米粒子为微纳米氧化锌、微纳米碱式碳酸铜、微纳米氧化银、微纳米氧化铜、微纳米硼酸锌和微纳米二氧化钛中的一种或几种;所述微纳米粒子是纳米粒子和微米粒子的混合物,其粒径为1nm~200μm,由于该粒径范围内的微纳米粒子具有高比表面积,其在木材表面沉积的微纳米层形成特殊结构,具有疏水效果,可以显著提高木材的耐候性能,减少蓝变菌的侵蚀,增加了木材的使用耐久性。
上述的处理方法,优选的,所述步骤(1)中氨基硅氧烷偶联剂水溶液为3-氨基丙基三乙氧基硅烷水溶液、二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷水溶液、2-氨乙基-氨丙基三甲氧基硅烷水溶液中的一种或几种;所述氨基硅氧烷偶联剂水溶液的固含量为4%~8%。所述氨基硅氧烷偶联剂能提高木材抗真菌、抗白蚁及抗变色性能。
上述的处理方法,优选的,所述步骤(2)中干燥处理具体是指将木材在35、65、85和105℃下,分别连续进行干燥处理,时间为20~30h。本发明的处理方法,将经氨基硅氧烷偶联剂浸渍处理的木材,在由低到高的不同温度下连续干燥,可以避免氨基在突然经受高温的情况下变为氨气随水分一起挥发,有助于氨基固着到木材中,加强仿佛抗菌作用。
上述的处理方法,优选的,所述步骤(1)中加压浸渍处理的压力为4.5~8.5MPa,保压时间为90~180min。
上述的处理方法,优选的,步骤(3)中所述等离子处理器处于工作状态时,控制工作电压为2~3kV,输入功率为1~3kW,脉冲重复率为40~60kHz;
控制所述粉末送料机的送粉速率为10-20cm3/h,所述精密定位平台的移动速率为15-25mm/s。
上述的处理方法,优选的,控制所述等离子处理器的喷雾嘴与木材表面的距离为15-25mm,所述喷雾嘴的喷涂压力为0.15-0.25MPa。
上述的处理方法,优选的,所述步骤(3)后沉积于木材表面的微纳米粒子的负载量为150-800μg/cm2。
上述的处理方法,优选的,所述等离子处理器中等离子体通过脉冲放电产生,然后借助压缩空气喷向木材表面,控制所述压缩空气的气体流速为25~35L/min。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
(1)本发明的处理方法,采用的微纳米粒子具有高比表面积,进而提高了微纳米粒子与木材基质的反应性、有效性和兼容性,提高了木材的防护性能,显著提高了木材的防腐抗菌性能。
(2)本发明的处理方法,通过将木材浸渍氨基硅氧烷后再在木材表面利用等离子喷涂工艺沉积一层微纳米粒子,在提高木材防腐抗菌性能的同时,两者协同作用,显著增强木材表面处理层与木材的结合强度,以及木材表面的疏水性能,阻隔水进入木材内部,破坏微生物生存环境,最终显著提高了木材的使用寿命和防腐抗菌耐久性。
(3)本发明的处理方法,操作简单、成本低、对环境友好,具有较强的可操作性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1处理后木材表面的扫描电镜图;
图2是本发明实施例1处理后木材表面的接触角测定图;
图3是本发明实施例3处理后木材表面的扫描电镜能谱图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、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市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1:
一种本发明的利用等离子体沉积微纳米粒子增强木材防腐抗菌性能的处理方法,包括以下步骤:
(1)将木材放入浸渍罐中,倒入固含量为6.0%的3-氨基丙基三乙氧基硅烷水溶液,用重物压住木材以避免浮动,并使溶液将木材完全浸没,进行加压浸渍处理,控制压力为8.0Mpa,保压时间为150min,之后卸压;
(2)将木材移出浸渍罐,清理干净表面残留的液体,然后将木材放入烘箱中进行干燥处理,在35、65、85和105℃条件下分别连续处理时间为24h;
(3)将微纳米氧化锌加入等离子处理器的粉末送料机中,把木材放入等离子体处理器的精密定位平台上,启动等离子处理器对木材表面进行沉积处理,等离子处理器中等离子体通过脉冲放电产生,然后借助压缩空气喷向木材表面,等离子体处于工作状态时,控制工作电压为2.5kV,输入功率为2kW,脉冲重复率为50kHz,控制粉末送料机的送粉速率10cm3/h,控制精密定位平台的移动速率即木材的移动速率为15mm/s;控制喷雾嘴与木材表面的距离为15mm、喷雾嘴喷涂压力为0.15Mpa,压缩空气的气体流速为30 L/min,经过沉积处理后,得到表面沉积微纳米粒子的木材,沉积的微纳米粒子的负载量为150μg/cm2。
处理木材试样表面采用电镜能谱(SEM-EDS)进行表征,参照美国木材防腐协会标准AWPA E11-07“木材防腐剂流失性判断的标准方法”对处理过的木材抗流失性能进行评价,参照国家标准GB/T 13942.1-2009《木材耐久性能第1部分:天然耐腐性实验室试验方法》对处理木材进行耐腐试验,采用接触角测定仪对处理材表面的水接触角和水滚动角进行测定。结果表明,木材表面经过等离子体喷涂沉积处理后将锌均匀的沉积在了木材表面,木材表面的扫描电镜图如图1所示,由图可知,微纳米氧化锌粒子在木材表面形成了特殊层,使得木材表面具有疏水性能;流失率仅为8.6%,抗流失性能好;处理材达到国家标准要求的I级强耐腐;处理材表面的接触角测定图如图2所示,由图可知其水接触角为152.9°,滚动角为7.4°,疏水性能好。
实施例2:
一种本发明的利用等离子体沉积微纳米粒子增强木材防腐抗菌性能的处理方法,包括以下步骤:
(1)将木材放入浸渍罐中,倒入固含量为6.0%的二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷水溶液,用重物压住木材以避免浮动,并使溶液将木材完全浸没,进行加压浸渍处理,控制压力为8.0Mpa,保压时间为150min,之后卸压;
(2)将木材移出浸渍罐,清理干净表面残留的液体,然后将木材放入烘箱中进行干燥处理,在35、65、85和105℃条件下分别连续处理时间为24h;
(3)将微纳米氧化铜加入等离子处理器的粉末送料机中,把木材放入等离子体处理器的精密定位平台上,启动等离子处理器对木材表面进行沉积处理,等离子处理器中等离子体通过脉冲放电产生,然后借助压缩空气喷向木材表面,等离子体处于工作状态时,控制工作电压为2.5kV,输入功率为2kW,脉冲重复率为50kHz,控制粉末送料机的送粉速率15cm3/h,控制精密定位平台的移动速率即木材的移动速率为20mm/s;控制喷雾嘴与木材表面的距离为20mm、喷雾嘴喷涂压力为0.2Mpa,压缩空气的气体流速为30L/min,经过沉积处理后,得到表面沉积微纳米粒子的木材,沉积的微纳米粒子的负载量为450μg/cm2。
处理木材试样表面采用电镜能谱(SEM-EDS)进行表征,参照美国木材防腐协会标准AWPA E11-07“木材防腐剂流失性判断的标准方法”对处理过的木材抗流失性能进行评价,参照国家标准GB/T 13942.1-2009《木材耐久性能第1部分:天然耐腐性实验室试验方法》对处理木材进行耐腐试验,采用接触角测定仪对处理材表面的水接触角和水滚动角进行测定。结果表明,木材表面经过等离子体喷涂沉积处理后将铜均匀的沉积在了木材表面;流失率仅为10.2%,抗流失性能好;处理材达到国家标准要求的I级强耐腐;处理材表面的水接触角为153.3°,滚动角为5.7°,疏水性能好。
实施例3:
一种本发明的利用等离子体沉积微纳米粒子增强木材防腐抗菌性能的处理方法,包括以下步骤:
(1)将木材放入浸渍罐中,倒入固含量为6.0%的2-氨乙基-氨丙基三甲氧基硅烷说溶液,用重物压住木材以避免浮动,并使溶液将木材完全浸没,进行加压浸渍处理,控制压力为8.0Mpa,保压时间为150min,之后卸压;
(2)将木材移出浸渍罐,清理干净表面残留的液体,然后将木材放入烘箱中进行干燥处理,在35、65、85和105℃条件下分别连续处理时间为24h;
(3)将微纳米二氧化钛加入等离子处理器的粉末送料机中,把木材放入等离子体处理器的精密定位平台上,启动等离子处理器对木材表面进行沉积处理,等离子处理器中等离子体通过脉冲放电产生,然后借助压缩空气喷向木材表面,等离子体处于工作状态时,控制工作电压为2.5kV,输入功率为2kW,脉冲重复率为50kHz,控制粉末送料机的送粉速率20cm3/h,控制精密定位平台的移动速率即木材的移动速率为25mm/s;控制喷雾嘴与木材表面的距离为25mm、喷雾嘴喷涂压力为0.25Mpa,压缩空气的气体流速为30L/min,经过沉积处理后,得到表面沉积微纳米粒子的木材,沉积的微纳米粒子的负载量为800μg/cm2。
处理木材试样表面采用电镜能谱(SEM-EDS)进行表征,参照美国木材防腐协会标准AWPA E11-07“木材防腐剂流失性判断的标准方法”对处理过的木材抗流失性能进行评价,参照国家标准GB/T 13942.1-2009《木材耐久性能第1部分:天然耐腐性实验室试验方法》对处理木材进行耐腐试验,采用接触角测定仪对处理材表面的水接触角和水滚动角进行测定。结果表明,木材表面经过等离子体喷涂沉积处理后将钛均匀的沉积在了木材表面,处理后木材表面的扫描电镜能谱图如图3所示,由图3可知,木材表面的沉积层中含有Ti和O;流失率仅为7.8%,抗流失性能好;处理材达到国家标准要求的I级强耐腐;处理材表面的水接触角为153.8°,滚动角为4.7°,疏水性能好。
Claims (9)
1.一种利用等离子体沉积微纳米粒子增强木材防腐抗菌性能的处理方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将木材放入浸渍罐中,倒入氨基硅氧烷偶联剂水溶液,进行加压浸渍处理;
(2)将木材移出浸渍罐,干燥处理;
(3)将微纳米粒子加入等离子处理器的粉末送料机中,把木材放入等离子体处理器的精密定位平台上,启动等离子处理器对木材表面进行沉积处理,得到表面沉积微纳米粒子的木材。
2.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述步骤(3)中微纳米粒子为微纳米氧化锌、微纳米碱式碳酸铜、微纳米氧化银、微纳米氧化铜、微纳米硼酸锌和微纳米二氧化钛中的一种或几种;所述微纳米粒子的粒径为1nm~200μm。
3.根据权利要求1或2所述的处理方法,其特征在于,所述步骤(1)中中氨基硅氧烷偶联剂水溶液为3-氨基丙基三乙氧基硅烷水溶液、二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷水溶液、2-氨乙基-氨丙基三甲氧基硅烷水溶液中的一种或几种;所述氨基硅氧烷偶联剂水溶液的固含量为4%~8%。
4.根据权利要求1或2所述的处理方法,其特征在于,所述步骤(2)中干燥处理具体是指将木材在35、65、85和105℃下分别连续进行干燥处理,时间为20~30h。
5.根据权利要求1或2所述的处理方法,其特征在于,所述步骤(1)中加压浸渍处理的压力为4.5~8.5MPa,保压时间为90~180min。
6.根据权利要求1或2所述的处理方法,其特征在于,步骤(3)中所述等离子处理器处于工作状态时,控制工作电压为2~3kV,输入功率为1~3kW,脉冲重复率为40~60kHz;
控制所述粉末送料机的送粉速率为10-20cm3/h,所述精密定位平台的移动速率为15-25mm/s。
7.根据权利要求1或2所述的处理方法,其特征在于,控制所述等离子处理器的喷雾嘴与木材表面的距离为15-25mm,所述喷雾嘴的喷涂压力为0.15-0.25MPa。
8.根据权利要求1或2所述的处理方法,其特征在于,所述步骤(3)后沉积于木材表面的微纳米粒子的负载量为150-800μg/cm2。
9.根据权利要求1或2所述的处理方法,其特征在于,所述等离子处理器中等离子体通过脉冲放电产生,然后借助压缩空气喷向木材表面;控制所述压缩空气的气体流速为25~35L/min。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180619 |