本技术涉及木材改性领域,介绍了一种利用碳量子点提升木材强度和韧性的新方法。该技术通过真空加压将碳量子点改性液浸渍木材,随后进行封端处理,实现木材性能的显著提升。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
木材是一种可再生、可循环利用的生态环境材料,因其纹理美观、强重比高、易于加工等优良特性而备受推崇,是建筑、家具和其他各种应用的首选。但是木材主要成分中的半纤维素吸湿性强,导致其尺寸不稳定、易变形开裂,引起霉变、腐朽等微生物劣化。因此,为避免出现这些问题,需要对木材进行改性。
目前,可同时提高木材强度和尺寸稳定性的改性方法包括树脂浸渍(酚醛树脂等)、单体浸渍(糠醇、1.3-二甲醇-4.5-二羟基乙烯脲等)和交联改性(戊二醛等)。这些方法在尺寸稳定性和力学性能(如表面硬度和抗压强度)方面都表现出了良好的效果,但是大多数改性材的韧性都有不同程度的下降。例如,在酚醛树脂改性中,改性材密度增加15%时,韧性降低43%。当糠醇改性材的增重率达到70%时,木材的冲击韧性会降低57%。在较低增重率的糠醇改性材中也观察到了这种不利影响。用浓度为0.4M的戊二醛改性后,木材韧性降低60%以上。另外,这些改性材的性能提升效果通常与增重率密不可分,导致改性材的强重比与未改性木材相比明显下降,失去了木材自身强重比高的独特优势。
碳量子点(CQDs)是一种零维碳纳米材料,主要由C、H和O元素组成。它具有良好的亲水性、低毒性并且合成原料广泛、合成方法简单。研究表明,CQDs能显著改变木材纤维素的物理和化学结构。此外,表面离子修饰有助于增强碳量子点与木材组分的氢键作用。CQDs的固有特性和CQDs对纤维素的改性使本研究合理地选择表面离子修饰CQDs作为改性剂。因此,本研究采用表面离子修饰碳量子点直接改性木材,通过调控细胞壁的微观结构,增大木材细胞壁结晶度的绝对值和细胞腔的扩大,在木材整体尺寸和质量变化不大的前提下,实现木材尺寸稳定性、强度和韧性的同步提升并提高木材强重比。
实现思路