[发明专利]金属改性木材复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属镍或铜的改性木材复合材料及其制备方法。

背景技术

目前我国资源环境面临着非常严峻的挑战，石油矿产等不可再生资源日益枯竭，为保证经济可持续发展，应充分利用可再生、无污染的生物质资源和生物质材料。木材作为目前唯一可再生的工程材料，具有强重比高、易加工和装饰效果好等优点被广泛应用在建筑、家具用材和包装等与人类生活密切相关的行业。我国目前已实施天然林保护工程，优质木材极度紧缺。而我国速生林木材资源相对丰富，但其易腐朽变形和机械强度低等缺陷大大限制了其应用范围和应用前景。因此通过材料改性使速生林木材高性能化和多功能化，实现低质木材的高效利用，可使我国加速实现绿色经济，有利于木材工业和林产业的可持续发展。

木材内部具有丰富的纳米空隙，并存在与无机材料结合的活性基团，将无机材料与木材复合可充分发挥无机材料的高硬度强度和优抗裂性来提高速生林木材的性能。Saka. S和李坚等通过溶胶凝胶法制备出木材/纳米二氧化硅复合材料，北京林业大学赵广杰利用插层复合法制备了木材/纳米蒙脱土复合材料（杉木蒙脱土/木材纳米复合材料的结构和表征. 北京林业大学学报. 2007.），袁光明等通过直接浸渍法制备出木材/纳米CaCO₃复合材料（杉木/纳米碳酸钙复合材料制备及性能分析. 中南林业科技大学学报. 2009），均在一定程度上提高了木材的力学性能。

镍、铜金属由于其优良的导电性、对电磁波有较好的吸收能力且价格便宜被大量用于电磁屏蔽材料。北京林业大学黄金田利用化学镀方法在木材表面镀镍或铜赋予木材优良的电磁屏蔽性能（木材化学镀镍及木材电磁屏蔽材料的制备，北京林业大学, 2004），但这种表面镀镍或铜的方法工艺复杂，且需预处理，表面镍层易被破坏，致使该复合木材的力学性能及电学性能不够理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属稳固结合在木材基质内，从而能够有效增强木材力学性能及电学性能，且制备方法简单的金属镍或铜的改性木材复合材料。

本发明的金属改性木材复合材料，其是由基体木材和增强体金属镍或铜构成的一种优质的复合木材材料，所述镍或铜以片状结构均匀填充在基体木材细胞壁的纳米空腔内，所述片状结构镍或铜的表面尺寸为100-1000nm。

本发明的金属镍改性木材复合材料的制备方法，包括下述步骤：

（1）将含Ni²⁺的溶液与络合剂混合搅拌至溶解完全，调节pH=9-10，加入还原剂得到前驱体溶液；所述络合剂为苹果酸与丁二酸的混合试剂，苹果酸、丁二酸与Ni²⁺摩尔比为1-3：1-3：1；所述还原剂为水合肼，还原剂与Ni²⁺摩尔比为1-10：1；

（2）将干燥至含水率在5.0 wt.%以下的基体木材，放入前驱体溶液中真空浸渍完全，然后将木材和溶液共同转移至水热反应釜中，于50-80°C水热反应5-24 hr，冷却取出木材，表面水洗真空干燥即可。

本发明的金属铜改性木材复合材料的制备方法，包括下述步骤：

（1）将含Cu²⁺的溶液与络合剂混合搅拌至溶解完全，调节pH=9-10，加入还原剂得到前驱体溶液；所述络合剂为EDTA，络合剂与Cu²⁺溶液的摩尔比为1-3：1；所述还原剂为次亚磷酸钠，还原剂与Cu²⁺的摩尔比为1-2：1；

（2）将干燥至含水率在5.0 wt.%以下的基体木材，放入前驱体溶液中真空浸渍完全，然后将试件和溶液共同转移至水热反应釜中，于100-150 °C水热反应20-50 hr，冷却取出木材，表面水洗真空干燥即可。

所述步骤（2）中，基体木材放入前驱体溶液中于真空度0.1 atm以下真空浸渍24 hr以上。

所述步骤（2）中，真空干燥温度50-80°C，真空度0.1 atm以下真空干燥24 hr以上。

本发明中金属镍或铜进入木材内部后与木材基质存在某种化学键，使木材力学强度大幅增加。

    本发明金属改性木材复合材料的显微结构表征：使用轮转式切片机切片机(浙江金华科迪仪器设备公司)在改性木材的横切面和径切面分别切出20 μm的薄片，使用光学显微镜(Nikon E100)观察木材显微结构及镍或铜在木材内部的分布状况，检测结果如图2，图6。