一種抗菌、抗紫外線木材的制備方法及所得產物的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種抗菌、抗紫外線木材的制備方法，包括依次用木材浸漬液A和木材浸漬液B對木材進行浸漬處理，所述木材浸漬液A為鋅鹽的水溶液，所述木材浸漬液B為堿的水溶液。本發明還提出該制備方法制得的材料。本發明提出的木材處理工藝，利用濕化學方法在木材內部原位生成納米氧化鋅，納米顆粒與木材成分之間的結合力較強，不易流失，改性效果持久。本木材處理方法不但能賦予木材優良的抗菌性能、抗紫外線性能，同時具有較好的熱穩定性。
【專利說明】
一種抗菌、抗紫外線木材的制備方法及所得產物
技術領域
[0001] 本發明屬于木材的加工和保存領域，具體涉及一種木材抗菌和抗紫外線的處理方 法。
【背景技術】
[0002] 木材是一種天然材料，木材及其制品廣泛應用于室內裝修、家具制造、房屋建筑及 外部裝飾中，但木材本身的成分及其結構導致木材具有吸濕性，容易產生干縮濕漲、變形開 裂，容易受到細菌、霉菌的侵蝕而腐朽，同時在紫外線照射下，容易產生降解變色，這些都影 響木材的使用效果，降低木材的使用壽命，因此對木材進行抗菌、抗紫外線處理對延長木材 使用壽命、提高木材使用價值、節約木材資源以及增加木材附加值有重要意義。
[0003] 目前木材抗菌處理的主要材料以有機抗菌劑為主(如五氯苯酚），然而有機抗菌劑 耐熱性差，僅對部分菌種具有抑菌作用，此外還存在安全性和環境污染等問題。近年來無機 抗菌劑得到了較多研究，具有良好的持續性和廣譜性，而且安全無毒、耐熱性好，例如二氧 化鈦，但其前驅體主要為具有毒性的有機物，這給生產者帶來了較大安全隱患。與之相比， 氧化鋅以合成工藝簡單且安全無毒而被廣泛應用于多種領域，而且氧化鋅能夠吸收紫外 線，提高材料的抗紫外線性能。因此，將氧化鋅應用于木材處理更具有優越性。
[0004] 如公開號為CN103481345A的專利公開了一種微波水熱合成氧化鋅納米結構改性 木材的方法。將乙酸鋅-醇溶液與氫氧化鈉-醇溶液攪拌均勻，乙酸鋅與氫氧化鈉的摩爾比 為1:1-5，制得氧化鋅晶種膠體溶液，隨后將木材浸于此溶液中保持6-48小時，最后將木材 烘干處理，重復1-5次，得到表面生長有氧化鋅晶種的木材;將鋅鹽水溶液與氨源水溶液按 鋅鹽與氨源摩爾比1:1-5的比例混合，然后將共混液超聲分散5-30分鐘，再將共混液移入微 波消解罐中，并將得到的表面生長有氧化鋅晶種的木材浸入到共混液中，在1000-1500W的 微波輻射、水熱溫度為40_120°C的條件下進行微波水熱反應10-90分鐘，冷卻后取出木材， 真空干燥，得到表面原位生長氧化鋅納米結構的木材。此種方法得到的改性木材表面性能 優良，但工藝復雜，并且只是對木材表面進行了改性，表層容易破損而失去改性效果。
[0005] 公開號為CN103302710A的專利公開了一種木材納米復合防腐劑的制備方法，主要 是利用納米球磨機將氧化銅與氧化鋅粉體進行球磨，并加入分散劑檸檬酸銨和氫氧化鈉水 溶液，并利用介質氧化錯小球放入精磨納米球磨機的研磨缸中，以3500r/min-4000r/min轉 速研磨2-2.5小時，得到懸浮液，取出后超聲分散30-40分鐘，即得到木材納米復合防腐劑。
[0006] 公開號為CN105128117A的專利公開了一種紫外遮蔽劑，主要成分為納米氧化鋅、 堇青石和聚硅氧烷-15,并利用此紫外遮蔽劑與硅烷偶聯劑復合改性纖維，制成的防曬纖維 板防曬抗老化性能佳，延長了使用壽命，同時產品穩定性好，可以用作戶外，還可用作汽車 內飾、包裝、家具等行業。
【發明內容】
[0007] 針對現有技術的不足之處，本發明提出一種抗菌、抗紫外線木材及其制備方法。用 本發明制備的抗菌、抗紫外線木材不但具有廣譜抗菌性，抗菌效果好、持久，而且抗紫外線 效果優良。本發明制備方法簡單，成本低廉、無污染，處理溫度低，節省能耗，并且制備的木 材熱穩定性好。
[0008] 本發明的另一個目的是提出制備方法制得的材料。
[0009] 實現本發明目的的具體技術方案為：
[0010] -種抗菌、抗紫外線木材的制備方法，其包括依次用木材浸漬液A和木材浸漬液B 對木材進行浸漬處理，所述木材浸漬液A為鋅鹽的水溶液，所述木材浸漬液B為堿的水溶液。
[0011] 本方法中，所述木材可選用任何木材，其來源不受限制，如楊木、樺木、楠木、桉木、 杉木、松木等，待處理的木材的含水率可以為5-15%。
[0012] 進一步地，所述木材浸漬液A為濃度0.2-1. Omol/L的鋅鹽的水溶液，所述鋅鹽為硝 酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅、檸檬酸鋅中的一種或幾種
[0013] 其中，所述木材浸漬液B為濃度0.2-0.8mol/L的堿的水溶液，所述堿為氨水或氫氧 化鈉。
[0014] 本發明所述的制備方法，優選地，包括步驟：
[0015] 1)用木材浸漬液4處理木材，處理溫度為10-30°(：，先于真空度0.08-0.101〇^條件 下浸漬處理10-30分鐘，再于常壓下浸漬30-120分鐘；
[0016] 2)用木材浸漬液B對木材進行浸漬處理，在溫度10-30°C條件下充分反應12-60小 時。
[0017] 3)將步驟2)處理后的木材進行低溫干燥處理，干燥的溫度為50-80°C，時間為60- 80小時。
[0018]更優選地，步驟2)中，用木材浸漬液B對木材進行浸漬處理，在溫度20-30°C條件下 充分反應30-50小時。
[0019] 進一步地，所述步驟2)中，浸漬處理后用水浸泡或沖洗木材，直至浸泡的水或沖洗 的出水為中性。
[0020] 其中，所述步驟3)中，干燥的溫度為55-70°C，時間為70-75小時。更優選干燥時間 為72小時。
[0021 ]本發明所述的制備方法制備得到的材料。
[0022]本發明的有益效果在于：
[0023](一）用本發明提出的木材處理工藝是利用濕化學方法在木材內部原位生成納米 氧化鋅，納米顆粒與木材成分之間的結合力較強，不易流失，改性效果持久。
[0024](二）本發明提出的木材處理工藝不但能賦予木材優良的抗菌性能、抗紫外線性 能，同時具有較好的熱穩定性。木材內部固著的氧化鋅是將自然界的光能轉換為化學反應 所需要的能量，與細菌直接發生化學反應時，不僅能分解細菌產生的內毒素，而且能將其有 機營養基質徹底礦化，從而達到分解、破壞細菌結構的目的，滅菌過程實現自清潔，對環境 無污染，并具有滅菌和抑菌等多種效應，不僅環保，而且節省能耗。并且，氧化鋅能夠吸收紫 外線，能夠保護木材成分的降解、變色等。
[0025](三)本發明提出木材處理工藝簡單，節能環保，高效易控制，同時不同于傳統的木 材表面處理，而是有效成分深入到木材內部，木材經后期二次加工不會破壞其抗菌、抗紫外 線性能。
【附圖說明】
[0026]圖1為對照例的掃描電鏡照片。
[0027]圖2為實施例1的掃描電鏡照片。
[0028]圖3為實施例2的掃描電鏡照片。
[0029] 圖4為對實施例1-3和對照例的木材進行X射線衍射檢測的圖譜。
【具體實施方式】
[0030] 以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0031 ]實施例中，若無特別說明，所使用的方法均為本領域常規的方法。
[0032]以下實施例和對照例中所處理的木材采用楊木，來源于北京，制成尺寸為30mm(T， 弦向）X 10mm(R，徑向）X 100mm(L，順紋)楊木木塊，含水率7%-9%。
[0033] 實施例1
[0034] 1、制備木材浸漬液
[0035]浸漬液A:將硝酸鋅加入到蒸餾水中，攪拌至充分溶解，制得木材浸漬液A;其中硝 酸鋅溶液的物質的量分數為〇. 6mol/L。
[0036]浸漬液B:配置氫氧化鈉溶液，物質的量分數為0.4mol/L。
[0037] 2、木材浸漬處理
[0038] 將制好的木塊置于裝有浸漬液A的真空加壓罐中，并浸泡在木材浸漬液中，連接好 抽真空設備，抽真空，對木材進行減壓浸漬處理，使木材吸附浸漬液A，制得浸漬木材;其中 減壓浸漬處理過程為的溫度為20°C，真空度為0.095Mpa，時間為20分鐘，再于常壓下浸漬 120分鐘。
[0039] 3、固化處理
[0040] 將浸漬木材浸泡于浸漬液B中，進行固化反應。浸漬液A與B中的有效成分會充分接 觸并發生反應;其中固化處理溫度為20°C，時間為48小時。隨后將木塊取出，浸泡于蒸餾水 中，并不斷換水，直至蒸餾水呈現中性。
[0041 ] 4、干燥處理
[0042]將固化反應后的木材放入干燥箱中進行干燥處理；其中干燥處理的溫度為60°C， 時間為72小時。
[0043]對比實施例
[0044] 1、制備木材浸漬液
[0045] 浸漬液A:將硝酸鋅加入到蒸餾水中，攪拌至充分溶解，制得木材浸漬液A;其中硝 酸鋅溶液的物質的量分數為〇. 6mol/L。
[0046] 浸漬液B:配置氫氧化鈉溶液，物質的量分數為0.4mol/L。
[0047] 2、木材浸漬處理
[0048] 減壓浸漬處理過程的溫度為20°C，真空度為0.095Mpa，時間為20分鐘，再于常壓下 浸漬20分鐘。
[0049] 其他操作同實施例1。
[0050] 通過掃描電鏡的觀察，觀察到本試驗制得的木材內部氧化鋅分布不均。其原因可 能是浸漬處理時間過短，造成鋅鹽溶液滲透不完全，影響了改性效果。
[0051 ] 實施例2 [0052] 1、制備木材浸漬液
[0053] 浸漬液A:將硝酸鋅加入到蒸餾水中，攪拌至充分溶解，制得木材浸漬液A;其中硝 酸鋅溶液的物質的量分數為1. 〇mol/L。
[0054] 浸漬液B:配置氫氧化鈉溶液，物質的量分數為0.4mol/L。
[0055] 2、木材浸漬處理
[0056] 將制好的木塊置于裝有浸漬液A的真空加壓罐中，并浸泡在木材浸漬液中，連接好 抽真空設備，抽真空，對木材進行減壓浸漬處理，使木材吸附浸漬液A，制得浸漬木材;其中 減壓浸漬處理過程為的溫度為20°C，真空度為O.OSMpa，時間為30分鐘，再于常壓下浸漬120 分鐘。
[0057] 3、固化處理
[0058] 將浸漬木材浸泡于浸漬液B中，進行固化反應。浸漬液A與B中的有效成分會充分接 觸并發生反應;其中固化處理溫度為20°C，時間為48小時。隨后將木塊取出，浸泡于蒸餾水 中，并不斷換水，直至蒸餾水呈現中性。
[0059] 4、干燥處理
[0060]將固化反應后的木材放入干燥箱中進行干燥處理；其中干燥處理的溫度為60°C， 時間為72小時。
[0061 ] 實施例3 [0062] 1、制備木材浸漬液
[0063]浸漬液A:將硝酸鋅加入到蒸餾水中，攪拌至充分溶解，制得木材浸漬液A;其中硝 酸鋅溶液的物質的量分數為〇. 6mol/L。
[0064]浸漬液B:配置氨水溶液，質量分數為25%。
[0065] 2、木材浸漬處理
[0066] 將制好的木塊置于裝有浸漬液A的真空加壓罐中，并浸泡在木材浸漬液中，連接好 抽真空設備，抽真空，對木材進行減壓浸漬處理，使木材吸附浸漬液A，制得浸漬木材;其中 減壓浸漬處理過程為的溫度為20°C，真空度為0.095Mpa，時間為20分鐘，再于常壓下浸漬 120分鐘。
[0067] 3、固化處理
[0068] 將浸漬木材浸泡于浸漬液B中，進行固化反應。浸漬液A與B中的有效成分會充分接 觸并發生反應;其中固化處理溫度為20°C，時間為60小時。隨后將木塊取出，浸泡于蒸餾水 中，并不斷換水，直至蒸餾水呈現中性。
[0069] 4、干燥處理
[0070]將固化反應后的木材放入干燥箱中進行干燥處理；其中干燥處理的溫度為60°C， 時間為72小時。
[0071]對照例
[0072]采用未經處理的楊木木塊作為對照例。
[0073]試驗例1抗菌、抗紫外線木材增重率測定試驗
[0074] 1、將實施例1-3的處理前的楊木木塊置于干燥箱內，干燥至絕干，稱重(記為Wu);
[0075] 2、將實施例1-3制備的木材分別稱重(記為Wt);
[0076] 3、按照如下公式計算木材增重率(WPG)測試：
[0078]測試結果見表1。
[0079] 表1處理木材的增重率
[0081]表1的結果表明：本發明方法制備的抗菌、抗紫外線木材的增重率受鋅鹽濃度和浸 漬液B成分的影響，由于木材成分在堿性條件下會有部分降解，造成木材增重率有所降低， 但處理后的木材有一定的增重率，實驗例3獲得的增重率最大，可能是木材降解較少。
[0082]試驗例2抗菌、抗紫外線木材掃描電鏡檢測
[0083] 實施例1、2處理木材及對照例的木材沿著橫向切開，置于金屬臺上，噴金處理后置 于掃描電鏡樣品臺上觀測。然后采用掃描電鏡（日立高新技術公司，S3400N)對樣品微觀結 構進行掃描、觀察，結果見圖1-3。
[0084]測試結果表明：
[0085]由圖1可知，對照例中的木材橫切面表明光滑，細胞結構明顯，不存在納米氧化鋅 顆粒。而圖2和3表明浸漬處理后的木材內部生成了較多花狀的納米氧化鋅，并隨著鋅鹽濃 度的增加，納米顆粒增多。
[0086]試驗例3X射線衍射分析
[0087]采用X射線衍射儀(布魯克D8 Advance)對實施例1-3和對照例的木材進行X射線衍 射檢測，分析材料中氧化鋅在木材中結構形態。XRD圖譜見圖4。
[0088]結果表明，各木質材料在20為15.8°和22.1°附近均出現衍射極大峰，其分別為纖 維素（101)和(002)晶面的衍射峰。而3個實施例樣品圖譜除了具有纖維素衍射峰外，又出現 一系列新的衍射峰，均為納米氧化鋅的特征峰，說明在木材內部原位合成了納米氧化鋅，并 且隨著鋅鹽含量的增加，生成的納米氧化鋅衍射強度逐漸增強。
[0089]試驗例4抗菌性能檢測
[0090] 采用抑菌圈法對實施例及對照例的木材進行抗菌性測試，其中菌種為大腸桿菌， 具體檢測方法如下：
[0091] 將實施例1-3與對照例的木材切割成小木塊，尺寸為5mm立方體，接著對其滅菌處 理，然后再紫外燈下照射〇. 5小時候分別放在涂有大腸桿菌的瓊脂培養皿中，隨后將培養皿 放置于培養箱內，37°C條件下24小時，最后測量抑菌圈直徑。測試結果見表2。
[0092] 表2木材的抗菌性及抗紫外線性能
[0094]實驗結果表明：隨著納米氧化鋅含量的增加，木材的抗菌性顯著增強。試驗例5抗 紫外線性能檢測
[0095]將樣品放置于紫外箱中，在紫外燈照射下，通過測定樣品表面顏色變化評估樣品 對紫外線的抵抗能力。其中，用顏色測定設備(Dataflash llODatacolor)測試樣品經過6周 紫外照射后表面明度變化（A L*)，紅綠色度變化（A a*)，黃藍色度變化（A b*)，按照如下公 式計算顏色變化（A E*):
[0097] 測試結果列于表2。
[0098]結果表明：與對照例相比，經過浸漬處理的木材顏色變化較小，隨著鋅鹽濃度的增 加，納米氧化鋅負載量增加，木材的顏色變化也越小，說明木材的抗紫外線能力逐漸增強。 [0099]雖然，以上通過實施例對本發明進行了說明，但本領域技術人員應了解，在不偏離 本發明精神和實質的前提下，對本發明所做的改進和變型，均應屬于本發明的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種抗菌、抗紫外線木材的制備方法，其特征在于，包括依次用木材浸漬液A和木材 浸漬液B對木材進行浸漬處理，所述木材浸漬液A為鋅鹽的水溶液，所述木材浸漬液B為堿的 水溶液。2. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述木材浸漬液A為濃度0.2-1. Omol/ L的鋅鹽的水溶液，所述鋅鹽為硝酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅、檸檬酸鋅中的一種或幾種。3. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述木材浸漬液B為濃度0.2-0.8mol/ L的堿的水溶液，所述堿為氨水或氫氧化鈉。4. 根據權利要求1-3任一所述的制備方法，其特征在于，包括步驟： 1) 用木材浸漬液A處理木材，處理溫度為10-30°C，先于真空度0.08-0. lOMPa條件下浸 漬處理10-30分鐘，再于常壓下浸漬30-120分鐘； 2) 用木材浸漬液B對木材進行浸漬處理，在溫度10-30°C條件下充分反應12-60小時。 3) 將步驟2)處理后的木材進行低溫干燥處理，干燥的溫度為50-80°C，時間為60-80小 時。5. 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，用木材浸漬液B對木材進行 浸漬處理，在溫度20-30 °C條件下充分反應30-50小時。6. 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中，浸漬處理后用水浸泡 或沖洗木材，直至浸泡的水或沖洗的出水為中性。7. 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟3)中，干燥的溫度為55-70 °C，時間為70-75小時。8. 權利要求1-7任一所述的制備方法制備得到的材料。
【文檔編號】B27K5/04GK106003309SQ201610534895
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月8日
【發明人】董友明, 張世鋒, 張偉, 陳慧, 李建章
【申請人】北京林業大學