一种在木材表面生长氮化碳保护层的方法

摘要

本发明提供了一种在木材表面生长氮化碳保护层的方法，以木板(杉木、松木等)为研究对象，以石墨相氮化碳为靶材，采用溅射法在木材表面生长一层氮化碳保护层。制得的表面生长氮化碳保护层的木材不仅具有良好的疏水性、耐磨性、耐腐性、耐候性和尺寸稳定性；且具有良好的净化空气中挥发性有机物的功能。其制备方法简便、工艺简单，具有显著的经济和社会效益。

说明书

技术领域

本发明属于木材表面处理领域，具体涉及一种在木材表面生长氮化碳保护层的方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，国家城市建设的突飞猛进，人们对生产和生活环境美化的要求不断提高，被誉为“古老而长青、传统而新潮”的建筑材料——木材，深受人们的青睐。许多的楼宇、馆所、游览区、公园等都用到木材进行构建或装修、装饰。因此对木材产品的需求量越来越大，为缓解木材的供需矛盾，国家大力发展了人工速生林的种植。但人工速生林木材一般存在材质松软、易燃烧、硬度低、耐磨性差、耐候性差、尺寸稳定性差等缺点，大大限制了木材产品的应用范围。如何通过木材性质的改良，拓展人工速生林的使用范围，提高木材附加值和利用率成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在木材表面生长氮化碳保护层的方法，制得的表面生长氮化碳保护层的木材不仅具有良好的疏水性、耐磨性、耐腐性、耐候性和尺寸稳定性；且具有良好的净化空气中挥发性有机物的功能。其制备方法简便、工艺简单，具有显著的经济和社会效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种在木材表面生长氮化碳保护层的方法是以石墨相氮化碳为靶材，采用溅射法在木材表面生长一层氮化碳保护层。包括以下步骤：

（1）木材预处理：将木材裁成木板，对木板表面抛光，用蒸馏水清洗，120℃干燥至恒重；

（2）溅射：以石墨相氮化碳为靶材，把预处理后的木板装入溅射室，利用机械泵和分子泵抽真空，当真空室的背景压力小于1.0×10^-4>

所述的木材包括杉木、松木。

表面生长氮化碳保护层的木材的表面接触角为138^o~152^o，是未生长氮化碳保护层的木材的表面接触角的2.5~2.8倍。

本发明的显著优点在于：制得的表面生长氮化碳保护层的木材不仅具有良好的疏水性、耐磨性、耐腐性、耐候性和尺寸稳定性；且具有良好的净化空气中挥发性有机物的功能。其制备方法简便、工艺简单，对于缓解木材资源短缺、拓展木材的应用范围，具有重要的现实意义。

附图说明

图1为溅射靶材纯石墨相氮化碳(a)和木材表面氮化碳(b)的XRD谱图。

具体实施方式

实施例1

（1）将木板锯成一定的规格，并将木板表面抛光处理，用蒸馏水清洗，放入鼓风干燥箱在120 ℃烘干至恒重；

（2）利用JGP450A2型磁控溅射系统进行木材表面生长氮化碳保护层的制备。以石墨相氮化碳为靶材，在溅射之前，把步骤(1)的木板装入溅射室，利用机械泵和分子泵抽真空，当真空室的背景压力小于1.0×10^-4>o。

实施例2

（1）将木板锯成一定的规格，并将木板表面抛光处理，用蒸馏水清洗，放入鼓风干燥箱在120 ℃烘干至恒重；

（2）利用JGP450A2型磁控溅射系统进行木材表面生长氮化碳保护层的制备。以石墨相氮化碳为靶材，在溅射之前，把步骤(1)的木板装入溅射室，利用机械泵和分子泵抽真空，当真空室的背景压力小于1.0×10^-4>o。

实施例3

（1）将木板锯成一定的规格，并将木板表面抛光处理，用蒸馏水清洗，放入鼓风干燥箱在120 ℃烘干至恒重；

（2）利用JGP450A2型磁控溅射系统进行木材表面生长氮化碳保护层的制备。以石墨相氮化碳为靶材，在溅射之前，把步骤(1)的木板装入溅射室，利用机械泵和分子泵抽真空，当真空室的背景压力小于1.0×10^-4>o。

实施例4

木板去除甲醛的实验：在顶部及四周用玻璃、底部用木板围成的1 m³的密闭箱中分别进行甲醛的评价实验。评价条件为：350W球型氙灯(用滤光片滤去波长小于400>

表1 木板对甲醛的去除率

注：A表示未生长氮化碳保护层的木材，ACN表示经本发明工艺处理后表面生长氮化碳保护层的木材。

实施例5

木板去除甲醛及苯的实验：福州金山某商品房装修中，在两间大小相近的卧室内，分别采用A和ACN木板铺地板及做橱柜。装修完后经过一段时间(t₀、t₁、t₂、t₃)分别采样检测两个房间空气中甲醛和苯的含量，发现采用ACN木板装修的房间，甲醛、苯的浓度比采用A木板装修的房间浓度低。表2经过不同时间取样检测采用ACN木板装修的房间甲醛浓度(C_ACN-t甲醛)和苯浓度(C_{>)，与采用A木板装修房间甲醛浓度(CA-t甲醛)和苯浓度(CA-t苯)的对比数据。}

表2 采用两种木板装修的房间甲醛和苯浓度对比

注：第一次采样时间为t₀,t₁第一取样后的第30天；t₂第二取样后的第30天；t₃第二取样后的第60天。

实施例6

木板耐腐性实验方法：根据GB/T13942.1-2009《木材天然耐久性试验方法——木材天然耐腐蚀性实验是实验室试验方法》及林业行业标准LY/1283《木材防腐剂对腐朽菌毒性实验室试验方法》进行。

表3 木材耐腐性能

实施例7

木材板耐磨性实验：将研磨轮轻轻置于试件上，再以(4.9 ± 0.2)N的力作用于试件，然后旋转试件。为使砂轮与试样作用均匀，先转50r后称质量，作为初始质量W₀，之后每50r检查试件，再称质量W_i，并用毛刷清除砂轮中的试样细粒。每500r>i－W₀。

表4 竹材板表面磨耗量

实施例8

尺寸稳定性试验：

以抗胀率(ASE)来评价处理后木材的尺寸稳定性，计算公式为：

ASE=

式中：S₁—为A木材的体积湿胀率；

S₂—为ACN木材的体积湿胀率；

表5木板尺寸稳定性

由图1可以看出谱图(a)、(b)在2θ=27.68处有一个较宽的衍射峰，其对应于石墨相氮化碳的(002)晶面衍射峰。其次，在2θ=13.15处有一个较宽的衍射峰，其对应于石墨相氮化碳的(100)晶面衍射峰。由此可见在木材表面生长氮化碳保护层为石墨相氮化碳。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。