Sol-gel 与高频作用木材表面负载硅钛复合膜的调控机理及其光催化、疏水性研究

In order to improving the surface properties of wood, based on sol-gel method, wood surface is loaded with SiO2-TiO2 gel one time. After high frequency treating, the Si-Ti composite film of photocatalysis and hydrophobicity will be produced. In order to produced SiO2 -TiO2 gel of 400nm paricle diameter and 10-30μm thickness on wood surface, the reaction conditions of sol-gel and the method of producing film are studied. The high frequency treating influence factors of frequency, time, temperature are controlled to produce crystal and smooth Si-Ti compsite film. The microstucture of morphology, chemical structure, combination mode.and the properties of photocatalysis, hydrophobicity are studied. The controlling method and mechanism of wood surface loaded with Si-Ti composite film are revealed. It is a method of improving wood surface properties without poisonousness and pollution, and remove the organic pollutants on their surface by photocatalysis degradation. It is a self-cleaning process and make wood be used better and more time.

为改良木材表面性质，增加功能性，依据Sol-gel法，同步使木材表面生成SiO2、TiO2凝胶，通过高频作用，形成光洁度好、呈结晶结构的硅钛复合膜，该膜具有光催化、疏水性等性能。研究硅钛前驱体发生溶胶-凝胶反应的条件及其在木材表面成膜的方法，生成SiO2、TiO2粒子大小为400nm以下、厚度为10-30μm。研究高频作用的频率、时间、温度等影响因素，形成光洁度好、呈结晶结构的硅钛复合膜。研究该硅钛复合膜的形貌、化学结构、结合方式、与木材表面结合方式等微观构造及光催化、疏水性等性能。该项目明确了木材表面负载硅钛复合膜的方法与机理，是一种无毒无污染的木材表面改良方法，赋予木材表面光催化、疏水性，能使其表面的有机污染物光催化降解及防水，达到自清洁作用，使木材用得更好、更久。

木材作为一种环保材料，易加工，强重比高，纹理独特，具有调温、调湿等功能。但也有诸多缺陷：易吸湿，且引起尺寸变化、变形，污染物附着表面后，改变了表面颜色，甚至表面化学结构发生改变，导致木材腐朽等。本项目采用溶胶-凝胶（Sol-gel）法，通过高频作用，使木材表面负载硅钛复合膜，该膜具有疏水性、光催化性等，使木材表面具自清洁功能，解决了木材表面易吸湿、易受污染等难题。主要结果为：（1）利用硅、钛前驱体及催化剂，生成溶胶，经陈化、干燥后使木材表面负载硅钛复合膜，在钛醇比1：5，钛硅比1：0.2，钛酸比1：0.5，钛水比=1：1，干燥温度100℃生成的复合膜最好，具有很好的疏水性和光催化性。（2）木材负载硅钛复合膜后，先经103℃普通干燥，然后置于高频作用条件下的250℃微超高温作用，使膜的结构进一步发生变化。SiO2处于无定形态，而TiO2属于锐钛矿型结构，催化活性增强。当光催化时间为6h时，观光木负载硅钛复合膜改良材催化偶氮染料浓度由40mg/l降低到了28.9 mg/l，减少27.75%，具有很好的光催化效果。（3）复合膜中SiO2和TiO2发生交联结合，且与木材有化学结合，TiO2为锐钛矿型结构，部分呈金红石相。（4）硅钛复合膜木材表面改良材，具有优良的疏水性和光催化性等，水接触角达127.3°，紫外光下180min内对罗丹明B的脱色率达到94%。（5）利用Fe3+离子、Zr4+离子作为修饰物质，进一步改善了木材表面硅钛复合膜的结构，增强了性能。以Fe3+掺杂的，其以Fe2O3的形式存在于复合膜中，降解甲基橙达40.37%。以Zr4+离子掺杂的，与SiO2有化学结合，产生Si-O-Zr结合，硬度显著提高，达到123HV，比素材提高196%，降解甲基橙达59.2%。.采用Sol-gel法及高频作用，能同步使木材表面负载硅钛复合膜，该复合膜具有很好的光催化、疏水性等，使木材具有自清洁功能，使木材用得更好、更永。项目成果可应用于生产实木装饰墙材料、仿古墙材料等，既体现实木色泽、纹理，又有防水、耐脏功能，还具有适宜的凹凸手感。