【摘 要】
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居室环境污染带来的健康隐患成为当下困扰人类的一大难题,负氧离子作为衡量空气质量的一个关键指标具有重要的现实意义。为缓解居室空气污染现状,提升空气质量,以人工林速生杨木为基材,在改善低密度、低强度与易皱缩变形等材性不足的同时赋予其更多样化的功能。本研究以内蒙古自治区特有矿产资源六环石为改性材料,采用真空浸渍技术及水热法,分别将六环石与二氧化钛引入木材,制备具有释放负氧离子功效的新型保健功能型木材,探
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居室环境污染带来的健康隐患成为当下困扰人类的一大难题,负氧离子作为衡量空气质量的一个关键指标具有重要的现实意义。为缓解居室空气污染现状,提升空气质量,以人工林速生杨木为基材,在改善低密度、低强度与易皱缩变形等材性不足的同时赋予其更多样化的功能。本研究以内蒙古自治区特有矿产资源六环石为改性材料,采用真空浸渍技术及水热法,分别将六环石与二氧化钛引入木材,制备具有释放负氧离子功效的新型保健功能型木材,探究改性材基本物理性质的变化以及负氧离子释放性能,主要内容及结论如下:1.选取分散剂KH570、PEG以及Span60,采用物理、化学以及复合制备工艺,对六环石进行分散处理,以中位粒径为评价指标,得到最佳工艺为:采取复合工艺,分散剂浓度分别为0.5wt%、0.5wt%以及1wt%,所得分散液的中位粒径分别为8.93μm、9.21μm以及9.89μm。经SEM、FT-IR以及XRD表征表明,六环石粉体得到有效分散,且分散处理并没有改变六环石粉体本身的晶体结构以及化学性质。2.以最佳分散液为改性处理液,利用浸渍法制备改性木材,最佳浸渍工艺为以真空浸渍60min、常压浸渍5min为一个循环,重复处理6次,探究最佳浸渍工艺下改性材性能。(1)浸渍处理后,试样密度增至0.37g/cm3,较素材提高21.21%;平均吸水率为161.45%,较素材下降12.57%;平均体积吸湿膨胀率为2.54%,较素材降低72.33%,平均抗胀率为68.70%。(2)SEM分析表明,六环石分散液通过导管及纹孔进入木材组织内部,呈不规则颗粒状均匀分布,且浸渍试样的FT-IR、XRD表征分别出现六环石的特征衍射峰,表明六环石已成功引入木材内部。(3)浸渍试样平均静态负氧离子释放量为525个/cm3,平均动态释放量为3040个/cm3,是国际规定新鲜空气水平的2-3倍,较素材及粉体本身有一定程度的提升。浸渍材释放负氧离子的必要条件是水,即其具有水响应机制。3.以氟钛酸铵和硼酸为前驱体,采用水热法制备TiO2并负载于浸渍材上,借助TiO2的优异光催化特性,进一步改善浸渍材性能。(1)经TiO2处理后试样的流失率、吸水率及尺寸稳定性均得到有效改善,平均失重率为2.83%,较未负载试样下降11.84%;平均吸水率为139.64%,较未负载试样降低13.51%,且各分散剂处理试样的吸水率均有不同程度的下降;平均体积吸湿膨胀率为2.43%,较未负载试样降低4.33%,平均抗胀率达74.48%。(2)SEM分析表明,TiO2晶粒呈圆球状,主要以三种状态存在于木材内部:以木材为载体成核结晶,均匀附着于木材细胞腔内壁上;以六环石为载体,沿粉体表面均匀包覆生长;此外,另一部分同样以六环石为载体成核结晶,但表现出部分附着状态,即六环石呈现垂直插入二氧化钛团聚体内的形态。且负载试样的FT-IR、XRD表征分别出现锐钛矿TiO2特征衍射峰,表明TiO2已成功引入木材内部。(3)负载试样平均静态及动态负氧离子释放量分别为1656个/cm3及5376个/cm3,均达到国际新鲜空气标准,较未负载试样静态释放量平均提高215.42%,动态平均提高76.84%。
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