一种木材表面光致变色涂层及其制备方法

本发明涉及木材，具体涉及一种木材表面光致变色涂层及其制备方法。

背景技术：

1、由于木材自身化学组成及结构特性，木制品容易因环境因素而产生质量问题，产品美观性下降的同时，物理力学性能也会降低。紫外线的辐射会导致木材内木质素以及其他成分的降解加剧，木制品的使用寿命被缩短。相比会遮盖木材天然纹理的不透明涂料、效果不理想的透明清漆和不够环保的有机紫外线吸收剂，无机纳米粒子主要是对紫外线进行物理屏蔽，它具有毒性低、稳定性好、屏蔽效能强等优势。利用无机纳米粒子修饰木材表面，可以有效改善木材的耐光老化性，延长木制品的使用寿命。特定的无机纳米粒子在吸收紫外光的同时还能够产生变色现象，具有“光致变色”的特点，木材在不同的光源环境中，能产生相应的变色反应，具有一定的智能响应能力，可以很大程度上扩展木材智能化应用的范围，具有很好的应用前景。因此，木材的光致变色改性对于扩展木材的应用范围，提高木材的使用价值，实现可持续发展具有重要意义。

2、中国专利文献cn201710520522.8一种有机-无机杂化光响应木材的制备方法：一、将磷钼酸溶解到无水乙醇中，搅拌均匀，得到涂层溶液a；二、将壳聚糖加入到乙酸溶液中，磁力搅拌反应，再在室温下静置，得到涂层溶液b；三、将涂层溶液a和涂层溶液b混合，磁力搅拌反应，得到涂层混合溶液；抽真空得到去泡后的涂层混合溶液；四、将木材浸渍到去泡后的涂层混合溶液中，真空浸渍，取出静置干燥，得到有机-无机杂化光响应木材；该方法工艺复杂，耗时长，不适合大规模工业生产。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种木材表面光致变色涂层及其制备方法，该方法操作简单，耗时短暂，成本低廉，易于大规模生产，且在室温下即可进行。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种木材表面光致变色涂层的制备方法，包括如下步骤：

4、（1）将木材浸入到装有壳聚糖溶液的容器中，容器的顶部和底部平行放置正极与负极，在垂直于基底待负载表面的方向施加直流电场，使得表面带有正电荷的壳聚糖向基底待负载表面移动并定向吸附在待负载表面，进行一级浸渍，得到第一木材产物；

5、（2）将第一木材产物取出干燥，然后浸入到装有过渡金属氧化物溶液的容器中，容器的顶部和底部平行放置负极与正极，在垂直于基底待负载表面的方向施加直流电场，使得表面带有负电荷的过渡金属氧化物向基底待负载表面移动并定向吸附在待负载表面，进行二级浸渍，得到第二木材产物；

6、（3）将第二木材产物取出干燥，然后按照步骤（1）~步骤（2）重复5~10次，得到一种木材表面光致变色涂层。

7、优选的，步骤（1）中，所述壳聚糖溶液的制备方法，包括以下步骤：将壳聚糖溶于水中，用盐酸调节ph值为2~6，进行超声分散，得到壳聚糖溶液；超声分散时间为5~30min，功率为400~1000w。

8、优选的，步骤（1）中，所述壳聚糖溶液的质量分数为0.2~1%。

9、优选的，步骤（2）中，所述过渡金属氧化物溶液的制备方法，包括以下步骤：将过渡金属氧化物溶于水中，用氢氧化钠调节ph值为7~11，进行超声分散，得到过渡金属氧化物溶液；超声分散时间为5~30min，功率为400~1000w。

10、优选的，步骤（2）中，所述过渡金属氧化物为纳米三氧化钨或纳米二氧化铈，过渡金属氧化物溶液的质量分数为0.2~1%。

11、优选的，步骤（2）中，所述过渡金属氧化物的粒径为<100nm。

12、优选的，直流电场的电压为10~100v。

13、优选的，一级浸渍和二级浸渍的时间均为5~60min。

14、优选的，干燥温度为60~80℃，时间为0.5~2h。

15、本发明还要求保护一种利用所述制备方法制备得到的木材表面光致色涂层。

16、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

17、本发明提供了一种木材表面光致变色涂层的制备方法，所述涂层由壳聚糖和过渡金属氧化物在直流电场作用下制备而成；本发明选用的壳聚糖分子具有良好的吸附性，且作为自然界中唯一带正电荷的天然高分子，其在制备涂层过程中易于通过电场进行组装排列，木纤维本身不带电荷，当纤维悬浮在水中时，纤维所带有的一些阴离子基团会在水中发生一定程度电离，从而使纤维带有一定量负电荷，而带有正电荷的壳聚糖则可以通过静电吸附于木材表面，并进一步吸附带有负电荷的无机过渡金属氧化物纳米粒子。本发明选用的光致变色材料为无机过渡金属氧化物纳米三氧化钨或纳米二氧化铈，在施加外部电场的条件下，无机纳米粒子可以沿特定方向分布及排列；通过改变壳聚糖和过渡金属氧化物的浓度、表面电荷及其施加电场条件，可以调控负载涂层的厚度及粒子取向。

18、本发明提供了一种木材表面光致变色涂层的制备方法，相比于普通的浸渍改性方法制备得到的光致变色涂层，本发明公开的直流电场沉积法可以得到有序的聚电解质（壳聚糖）和无机过渡金属氧化物，促进粒子取向分散，提高低浓度填料含量的复合材料光致变色的性能，提高光致变色涂层的平整程度；此外，本发明提供的方法可快速在木材基底表面构筑光致变色涂层，样品在紫外光照射15min左右时变色现象已经十分显著，经24h遮光颜色基本还原。

技术特征：

1.一种木材表面光致变色涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述壳聚糖溶液的制备方法，包括以下步骤：将壳聚糖溶于水中，用盐酸调节ph值为2~6，进行超声分散，得到壳聚糖溶液；超声分散时间为5~30min，功率为400~1000w。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述壳聚糖溶液的质量分数为0.2~1%。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述过渡金属氧化物溶液的制备方法，包括以下步骤：将过渡金属氧化物溶于水中，用氢氧化钠调节ph值为7~11，进行超声分散，得到过渡金属氧化物溶液；超声分散时间为5~30min，功率为400~1000w。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述过渡金属氧化物为纳米三氧化钨或纳米二氧化铈，过渡金属氧化物溶液的质量分数为0.2~1%。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述过渡金属氧化物的粒径为<100nm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，直流电场的电压为10~100v。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，一级浸渍和二级浸渍的时间均为5~60min。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，干燥温度为60~80℃，时间为0.5~2h。

10.一种利用权利要求1~9任一项所述制备方法制备得到的木材表面光致色涂层。

技术总结本发明公开了一种木材表面光致变色涂层及其制备方法，制备方法包括如下步骤：制备壳聚糖溶液和过渡金属氧化物溶液，将木材放入装有壳聚糖溶液的容器中，容器的顶部和底部平行放置正极与负极，在垂直于基底待负载表面的方向施加直流电场，干燥后将木材放入装有过渡金属氧化物溶液的容器中，容器的顶部和底部平行放置负极与正极，在垂直于基底待负载表面的方向施加直流电场，以负载一次壳聚糖和一次过渡金属氧化物溶液为一个循环，重复循环负载5~10次，得到带有光致变色涂层的木材基底，本发明可快速完成在木材基底表面构筑光致变色涂层，试样在紫外光照射15min左右时变色现象显著，经24h遮光颜色基本还原。技术研发人员：富艳春,陈晶宇受保护的技术使用者：南京林业大学技术研发日：技术公布日：2024/2/8