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纳米ZnO、TiO_2改性竹材的防护性能研究

作　者: 宋烨
导　师: 吴义强；余雁
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 木材科学与技术
关键词: 竹材纳米ZnO 纳米TiO2 纳米薄膜形态抗光变色防霉抗菌
分类号: TS652
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

我国竹资源丰富,竹制品应用领域日益广泛。竹材重要组分木质素容易吸收紫外线照射产生发色基团影响竹材颜色稳定性,同时竹材含有丰富的淀粉、蛋白质、脂肪等营养物质,极易受细菌霉菌侵蚀,因此竹材的防护成为研究的热点和难点。本文以我国重要经济竹种毛竹(Phyllostachys pubescens Mazel ex H.de Lebaie)为试验材料,分别采用低温水溶液法、溶胶-凝胶法在竹材表面原位生成ZnO纳米薄膜、Ti02纳米薄膜。系统讨论了种子液浸渍时间、生长液浓度、生长时间和种子液pH值的变化对ZnO薄膜形态的影响,及不同的薄膜形态对竹材防护性能的差异。同时初步探讨了TiO2纳米薄膜用于竹材防护的可行性。研究结论如下：1.在低温水溶液体系中,采用晶种形成和晶体生长两步法在竹材表面可以生长出颗粒状、网状、网球状、线状、哑铃棒状、圆柱体状和六面体状共七种形态的ZnO纳米薄膜。其ZnO晶体的完善程度由高至低排列为：六面体、圆柱体、哑铃棒状、网状、线状、网球状和颗粒状2.在其它条件一致的前提下,随着种子液浸渍时间的增长,ZnO薄膜整体由晶体完善程度较差的形态向晶体完善程度好的形态转变；随着生长液浓度的提高,薄膜形态中存在的线状物、圆柱体、六面体的直径和网状结构的密度都有增大趋势；生长时间的延长会促进薄膜厚度、网状结构密度和纳米线状物数量、长度、直径的增加；随着种子液pH值的增大,薄膜向着利于形成网状结构、生长出纳米线和微米尺寸六面体结构的方向发展。3.纳米ZnO改性处理竹材的抗光变色、防霉和抗菌性能的改善程度与薄膜形态密切相关。表面薄膜以纳米线状、网状、哑铃棒状、圆柱体、六面体结构ZnO为主的竹材抗光变色性能显著增强；以纳米颗粒、网球状结构为主的增强效果不明显。表面薄膜以纳米线状、网状ZnO为主的竹材防霉性能显著增强；以哑铃棒状、圆柱体和六面体结构为主的防霉效果较差；以网球状结构为主的短期防霉效果非常好；颗粒状的几乎没有防霉功效。表面形成网状、网球结构ZnO薄膜的竹材抗菌性能显著增强,它们对大肠杆菌的抗菌率都大于99%,两者相比,网状结构的抗菌活性值更高,抗菌性能更好4.低温条件下,采用溶胶-凝胶法可以在竹材表面形成均匀连续的无定形态Ti02颗粒薄膜,粒径200-300nm,分布性良好。人工加速老化120h后,Ti02改性试样表观总色差仅为空白竹材的1/16,其抗光变色性能显著增强,同时防霉性能也有小幅度提高。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
1 绪论  10-20
  1.1 我国的竹材资源及利用现状  10-12
  1.2 纳米半导体光催化剂性能及其应用  12-14
    1.2.1 纳米半导体的光催化性能  12-13
    1.2.2 纳米半导体的光催剂应用  13-14
  1.3 纳米技术在木材科学与技术领域的研究现状  14-16
  1.4 本研究的目的和意义  16-17
  1.5 研究目标和主要研究内容  17-19
    1.5.1 研究目标  17-18
    1.5.2 主要研究内容  18
    1.5.3 研究技术路线  18-19
  1.6 项目来源与经费支持  19-20
2 竹材表面ZnO纳米薄膜的自组装及其防护性能  20-59
  2.1 材料与方法  20-23
    2.1.1 样品制备  20-21
      2.1.1.1 样品准备  20
      2.1.1.2 ZnO种子层制备  20-21
      2.1.1.3 ZnO晶体生长  21
    2.1.2 薄膜形态观察  21
    2.1.3 薄膜成份确定  21-22
    2.1.4 光老化试验  22
    2.1.5 霉变试验  22-23
    2.1.6 抗菌检测试验  23
  2.2 结果与讨论  23-57
    2.2.1 不同处理工艺对薄膜形态的影响  23-38
      2.2.1.1 种子液浸渍时间对薄膜形态的影响  23-29
      2.2.1.2 生长液浓度对薄膜形态的影响  29-33
      2.2.1.3 生长时间对薄膜形态的影响  33-35
      2.2.1.4 种子液pH值对薄膜形态的影响  35-38
      2.2.1.5 ZnO晶体的形成机制  38
    2.2.2 不同形态薄膜的成份确定  38-44
    2.2.3 薄膜形态对竹材抗光变色性能的影响  44-47
    2.2.4 薄膜形态对竹材防霉性能的影响  47-55
    2.2.5 薄膜形态对竹材抗菌性能的影响  55-57
  2.3 小结  57-59
3 竹材表面TiO2纳米薄膜的自组装及其防护性能  59-66
  3.1 材料与方法  59-60
    3.1.1 样品制备  59-60
      3.1.1.1 样品准备  59
      3.1.1.2 钛溶胶制备  59-60
      3.1.1.3 成膜处理  60
    3.1.2 薄膜表征  60
    3.1.3 光老化试验  60
    3.1.4 霉变试验  60
  3.2 结果与讨论  60-65
    3.2.1 表面薄膜形态和成份确定  60-62
    3.2.2 改性竹材颜色变化及其抗光变色性能  62-63
    3.2.3 改性竹材防霉性能  63-65
  3.3 小结  65-66
4 结论  66-68
参考文献  68-74
攻读学位期间的主要学术成果  74-75
致谢  75

纳米ZnO、TiO_2改性竹材的防护性能研究

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