超声波辅助纳米Ag/TiO2浸渍木材的化学改性与微观构造表征*

林 琳 庞 瑶 刘 毅 郭洪武 张仲凤

(1. 北京林业大学 木质材料科学与应用教育部重点实验室 木材科学与工程北京市重点实验室 林业生物质材料与能源教育部工程研究中心 北京100083； 2. 北华大学林学院 吉林132013； 3. 中南林业科技大学湖南省绿色家居工程技术研究中心 长沙410004)

随着科技进步和社会发展，木材的应用范围越来越广，人们对材料的品质要求也越来越高。将木材科学与纳米技术交叉融合制备高附加值的无机纳米/木材复合材料，是木材科学领域日益受到重视的研究内容之一。大量研究表明，无机纳米能够提高尺寸稳定性和疏水性，具有抗老化、阻燃、杀菌等效果，可以运用到功能性复合材料制备及相关材料保护中(Abidietal., 2007； Fengetal., 2010； Sunetal., 2010； Ghoncheetal., 2012； 毛丽婷等， 2015)。纳米Ag/TiO2是一种高效广谱的防霉抗菌材料，具有光催化活性高、成本低、环境友好等特点，使用纳米Ag/TiO2改性木材可以显著提高木材的防霉抗菌性能(Zhangetal., 2009； 杨优优等， 2012； Mozhganetal., 2013； 唐朝发等， 2015； 周腊， 2015； Yehetal., 2017)。然而，纳米Ag/TiO2极性强，比表面积大，在液相介质中受范德华力作用极易发生团聚，从而形成尺寸较大的团聚体吸附于木材表面，难以渗透进入木材内部，且在加工和使用过程中易流失，严重影响实际应用效果。因此，探索运用新型高效的浸渍方法是提高无机纳米/木材复合材料制备技术发展的关键问题。

木材经超声波处理后能够有效提高其渗透性，目前主要应用于木材干燥、木材染色和木材内含物的提取等方面(Kaufmannetal., 2002； Heetal., 2013； Liuetal., 2015)。超声波在媒质中传播时，会产生机械作用、空化作用和热作用，引起湍动效应、微扰效应、界面效应和聚能效应(崔晓霞等, 2012)。在超声波周期性扰动作用下，液体瞬间产生一系列快速交替的压缩和舒张，引发空化泡核崩溃，同时在空化泡核内部产生高温高压和微射流，可加快处理体系的传热传质过程，激发自由基产生，促进和加速化学反应，从而提高反应速率，降低反应条件，缩短反应时间(Fuente-Blancoetal.， 2006； Soriaetal., 2010)。同时，超声波能够提高溶液中纳米Ag/TiO2的分散性，产生的冲击波能够促使团聚体分散(Kimitoshietal., 2008)。

本文对超声波辅助浸渍处理提高木材负载纳米Ag/TiO2性能的可行性进行探索性研究，分析超声功率、超声时间和纳米Ag/TiO2浓度对木材载药量和抗流失性能的影响，以及浸渍前后木材的微观结构、轴向分布、化学结构、结晶度及其热稳定性的变化规律，以期为后续制备防霉抗菌型纳米木基复合材料提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

试件： 樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)边材，规格为20 mm(L)×20 mm(R)×20 mm(T)，含水率12%，六面光滑平整，无霉斑、无蓝变、无虫蛀、无节。

试剂： 纳米Ag/TiO2，自制，晶型为锐钛矿型，平均粒径30 nm，载银量1%； 六偏磷酸钠，中国潍坊鑫发化工有限公司； KH560偶联剂(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)，美国Dow Corning公司； 无水乙醇，中国北京化工厂。

设备： 超声波清洗器(KQ5200DB)，昆山市超声波仪器有限公司； 高速磁力搅拌器(85-2 A)，金坛市城西峥嵘实验仪器厂； 真空干燥箱(DZF6000)，上海一恒科技有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 纳米Ag/TiO2表面改性 称取0.6 g六偏磷酸钠添加到100 mL去离子水中，搅拌均匀后加入0.5、1.0、1.5和2.0 g纳米Ag/TiO2粉末，在高速磁力搅拌下加入含2%硅烷偶联剂KH560的乙醇溶液，使Ag/TiO2和KH560的质量分数比为1∶0.05，持续搅拌10 min，超声(频率40 kHz，功率300 W)分散10 min，得到不同浓度(0.5%、1.0%、1.5%和2%)的纳米Ag/TiO2分散液。

1.2.2 常压浸渍处理 将樟子松试件放入浓度1.0%的纳米Ag/TiO2分散液中常温浸渍处理20 min，取出试件称重后，在真空干燥箱中烘干，制成常压浸渍处理的纳米Ag/TiO2木基复合材料，计算载药量和抗流失率，并进行表征检测。

1.2.3 超声波辅助浸渍处理 采用单因素试验探究超声功率、超声时间、纳米Ag/TiO2浓度对木材载药量和抗流失率的影响。将樟子松试件放入一定浓度的纳米Ag/TiO2分散液中，超声波(75、150、225和300 W)辅助浸渍处理(10、20、30和40 min)，取出试件称重后，在真空干燥箱中烘干并称重。超声波辅助浸渍工艺参数如表1所示。

表1 超声波辅助浸渍工艺参数①Tab.1 Ultrasonic assisted impregnation experimental design

①序号1、2、3为单因素试验所用试件参数，序号4为表征检测所用试件参数。The serial number 1,2,3 is the test parameter of the single factor test,and the serial number 4 is the parameter of the specimen used to characterize the test.

1.3 测试与分析

1.3.1 载药量 不同反应条件下制备平行试件各6块，先将试件放入真空干燥箱中40 ℃烘至恒重，称重记录其质量(m1)，然后将试件超声波辅助浸渍处理后取出并用吸水纸擦拭试件表面，去掉残液，称质量(m2)并记录。试件的载药量(R)根据下式(李凤竹， 2014)计算：

(1)

式中：R为纳米Ag/TiO2的保持量(kg·m-3)；V为试样体积(m3)；C为纳米Ag/TiO2浓度(%)；m1为浸渍前试件质量(kg)；m2为浸渍后试件质量(kg)。

1.3.2 抗流失率 不同反应条件下制备平行试件各12块，依据美国AWPA标准《木材防腐剂流失性判断的标准方法》(E11-97)进行检测。

1) 流失前试件增重率 试件烘至绝干称其质量，计为初始绝干质量(M1)，再将试件进行浸渍处理后，称其绝干质量(M2)，计算式如下：

(2)

式中：M2为浸渍处理后的试件绝干质量(kg)；M1为未处理试件的绝干质量(kg)；W1为流失前试件增重率(%)。

2) 流失后试件增重率 将试件放入烧杯中加蒸馏水并不断搅拌，静置后按5、10、24、48 h间隔换水，然后取出试件，烘干称其绝干质量(M3)，计算式如下：

(3)

式中：M3为流失后的试件绝干质量(kg)；M1为未处理试件的绝干质量(kg)；W2为流失后试件增重率(%)。

3) 抗流失率 试件抗流失率用G表示，计算式如下：

(4)

1.3.3 微观构造测定 将樟子松素材和超声波辅助浸渍制备的纳米Ag/TiO2木基复合材料试件表面切下1 mm厚薄片并粘贴在载物台上，真空离子喷镀金膜，采用SU8010型场发射扫描电子显微镜(field emission scanning electron microscope，FESEM)观察试件纳米Ag/TiO2的分布情况和形貌特征。

1.3.4 纳米Ag/TiO2在木材轴向分布的测定 将试件沿轴向深度5、10 mm锯切，在试件表面和锯切面上分别切下1 mm厚薄片并粘贴在载物台上，使用X-射线能谱仪(energy dispersive X-ray spectroscopy，EDX)分析表面元素组成，并通过Ti元素质量百分比计算纳米Ag/TiO2(载银量1%)的质量分数，计算式如下：

(5)

式中：ωAg/TiO2为Ag/TiO2质量分数(%)；ωTi为Ti元素质量百分比(%)；MTiO2为TiO2的分子质量；MTi为Ti的分子质量；MAg为Ag的分子质量。

1.3.5 官能团测定 将被测试件在真空干燥箱中烘至绝干制成350目粉末样品，并将溴化钾连续烘干48 h，按质量比1∶100充分混合研磨压片，采用Nicolet Avatar 330型傅里叶转换红外光谱仪(Fourier transform infrared spectrometry，FTIR)对样品进行扫描，波数范围为400～4 000 cm-1，扫描次数32次，分辨率为2 cm-1。

1.3.6 结晶度测定 将被测试件在真空干燥箱中烘至绝干并制成350目粉末样品，采用Bruker D8 ADVANCE型X-射线衍射仪(X-ray diffractometer，XRD)进行结晶度分析。将适量干燥试样粉末放入 XRD 载物片凹槽中，均匀铺开，使试样被测面与载物片的平面齐平，被测面用工具加工平整，待测。自动锁上铅玻璃窗，进行XRD扫描，扫描范围为10°～80°，转靶速度为2(°)·min-1。

1.3.7 热重测定 将被测试件在真空干燥箱中烘至绝干并制成350目粉末样品，采用Shimazu TGA-50H型热重分析仪(thermo gravimetric analyzer，TGA)进行热重分析，升温速率为10 ℃·min-1，氮气(N2)，环境温度(24 ℃)升至800 ℃。

2 结果与分析

2.1 超声功率的影响

超声功率对木材载药量和抗流失率的影响见图1，其中功率0处对应常压浸渍(20 min，纳米Ag/TiO2浓度1.0%)制备的纳米Ag/TiO2木基复合材料的载药量(1.994 kg·m-3)和抗流失率(72.65%)。随着超声功率增加，木材载药量呈先升高后降低的趋势，在功率为75 W时达到峰值(2.622 kg·m-3)，载药量较常压浸渍提高31.5%； 抗流失率随着超声功率增加而持续提高，在功率为300 W时，抗流失率(77.72%)较常压浸渍提高7%。

图1 超声功率对木材载药量和抗流失率的影响(超声时间： 20 min，纳米Ag/TiO2浓度： 1.0%)Fig.1 Effects of ultrasonic power on loading amount and fixation rate (ultrasonic time: 20 min, nano-Ag/TiO2 concentration: 1.0%)

载药量提高是由于在超声波辅助浸渍时发生了“声空化”现象，即产生了数以万计的微小气泡，且这些气泡迅速闭合产生微激波，局部压强增大，有利于纳米Ag/TiO2向试件内部渗透和扩散，使得增重率增加(赵紫剑等， 2014)。当超声功率过大时，增重率反而呈下降趋势，这是因为超声功率过大，空化强度增加，在试件周围产生过多的高温高压微小区域，使溶液流动加速，吸附在木材表面的纳米Ag/TiO2减少； 同时会产生大量无用的气泡，增加散射衰减，形成声屏障，声强增大也会增加非线性衰减，从而削弱远离声源试材的浸渍效果(常佳等， 2009)。

抗流失率随着超声功率增加而持续提高，是由于在超声波辅助浸渍过程中，超声波使纳米Ag/TiO2的振动位移、速度、加速度和能量增加，进而加快纳米Ag/TiO2与木材基体之间的传质过程。超声波产生巨大的冲击力和微射流，削弱了纳米Ag/TiO2的表面能，提高了颗粒的分散程度，粒径尺寸减小，有利于纳米Ag/TiO2在木材细胞腔内的扩散； 同时，超声波使木材表面液体流动速度加快，使沉积于木材外表面易于流失的纳米Ag/TiO2团聚体数量减小，从而提高了抗流失性。

2.2 超声时间的影响

超声时间对木材载药量和抗流失率的影响见图2。载药量和抗流失率随着超声时间增加而升高，但趋势逐渐放缓，超声时间为40 min时，载药量为2.281 kg·m-3，抗流失率为77.81%。

纳米Ag/TiO2浸渍樟子松是一个逐步渗透、扩散和吸附的过程，木材刚浸渍于纳米Ag/TiO2分散液中时，木材从外到内逐渐被润湿，纳米Ag/TiO2分散液在毛细管力作用下向木材内部移动，木材外部分散液与木材内部产生浓度差，纳米Ag/TiO2进一步向内扩散(李凤竹， 2014)。与此同时，超声波的空化和搅拌作用加速了纳米Ag/TiO2与木材的吸附与解吸过程，促进纳米Ag/TiO2向木材内部移动。由于处理时间越长，纳米Ag/TiO2与试件相互作用的时间越长，因此载药量和抗流失率都有所提高。但随着时间进一步延长，纳米Ag/TiO2浓度差变小，木材与纳米Ag/TiO2之间的吸附、解吸趋于平衡，并且由于纳米Ag/TiO2的附着使得渗透通道受阻，因此增长趋势放缓。

图2 超声时间对木材载药量和抗流失率的影响(超声功率： 225 W，纳米Ag/TiO2浓度： 1.0%)Fig.2 Effects of reaction time on loading amount and fixation rate (ultrasonic power: 225 W, nano-Ag/TiO2 concentration: 1.0%)

2.3 纳米Ag/TiO2浓度的影响

纳米Ag/TiO2浓度对木材载药量和抗流失率的影响见图3。载药量随着纳米Ag/TiO2浓度增加而增加，浓度为2.0%(3.363 kg·m-3)比浓度为0.5%(2.108 kg·m-3)提高了59.54%。抗流失率随着纳米Ag/TiO2浓度增加而减少，浓度为0.5%时抗流失率为78.33%。

纳米Ag/TiO2分散液浓度越高，在向木材内部渗透的过程中，木材内部和纳米Ag/TiO2分散液形成的浓度差也越大，有利于纳米Ag/TiO2向木材渗透，提高木材载药量； 另外纳米Ag/TiO2浓度越高，纳米TiO2与木材、纳米TiO2与纳米TiO2之间相互碰撞发生吸附或团聚的概率增加，也使得木材载药量增加。

图3 纳米Ag/TiO2浓度对木材载药量和抗流失率的影响(超声功率： 225 W，超声时间： 20 min)Fig.3 Effects of nano-Ag/TiO2 concentration on loading amount and fixation rate(ultrasonic power: 225 W, ultrasonic time: 20 min)

当纳米Ag/TiO2浓度较低时，纳米粒子间距离较大，范德华力减弱，纳米Ag/TiO2分散程度高，不易发生团聚，有利于纳米Ag/TiO2在木材细胞腔内的扩散。随着纳米Ag/TiO2浓度增加，纳米粒子间距离减小，团聚形成大尺寸二次粒子，难以进入木材内部，大量沉积在木材表面，因此易于流失(王敏等， 2012； 郭璐瑶， 2015)。

2.4 微观构造分析

常压浸渍(超声时间：20 min，纳米Ag/TiO2浓度：1.0%)和超声波辅助浸渍(超声功率：225 W； 超声时间：20 min； 纳米Ag/TiO2浓度： 1.0%)制备的纳米Ag/TiO2木基复合材料径切面的微观构造见图4。由图4a、b可知，常压浸渍处理后，纳米颗粒成功进入樟子松细胞腔内，并附着于细胞壁上，但大量的纳米颗粒呈团聚状态，分散性较差。由图4c、d可知，超声波辅助浸渍后，纳米颗粒呈絮状紧密排列在细胞壁上，放大5 000倍后，可以看到超声波辅助浸渍材中的纳米Ag/TiO2分散性明显高于常压浸渍材。

图4 纳米Ag/TiO2木基复合材料的FESEMFig.4 FESEM image of nano-Ag/TiO2 wood-based composite materialsa, b. 常压浸渍法Atmospheric pressure impregnation； c, d. 超声波辅助浸渍法 Ultrasonic impregnation.

2.5 轴向分布分析

纳米Ag/TiO2在常压浸渍(超声时间：20 min; 纳米Ag/TiO2浓度：1.0%)和超声波辅助浸渍(超声功率：225 W; 超声时间：20 min; 纳米Ag/TiO2浓度：1.0%)制备的纳米Ag/TiO2木基复合材料中轴向分布见表2。纳米Ag/TiO2大量沉积于木材表面，随着轴向深度增加，纳米Ag/TiO2浓度降低。超声波辅助浸渍制备的纳米Ag/TiO2木基复合材料中纳米Ag/TiO2更加均匀，表面浓度(15.33%)略小于常压浸渍(18.71%)； 在轴向深度为5 mm处，超声波辅助浸渍的浓度为常压浸渍的2.31倍； 在轴向深度为10 mm处，超声波辅助浸渍的浓度为0.43%，而常压浸渍无纳米Ag/TiO2分布，说明超声波辅助浸渍提高了纳米Ag/TiO2在木材中的浸渍深度。

表2 纳米Ag/TiO2在纳米Ag/TiO2木基复合材料中的轴向分布Tab.2 Longitudinal distribution of nano-Ag/TiO2 wood-based composite materials

2.6 官能团分析

木材—COOH+Ti4+→ [木材—COO-]4Ti4++H+；

木材—C6H4—OH+Ti4+→ [木材—C6H4]4Ti4++H+。

1 114和1 063 cm-1处产生的新峰分别对应着C—O—C伸缩振动和C—O—Si伸缩振动，此处C—O—C和C—O—Si来自硅烷偶联剂KH560，综合羟基振动峰减弱，说明硅烷偶联剂KH560不仅枝接在TiO2上，而且可能与木材纤维素中的羟基发生反应。

曲线c与b对比可知，770～500 cm-1范围的大宽峰强度更高，3 396 cm-1处的木材纤维素羟基(—OH)伸缩峰更弱，表明超声波辅助浸渍负载的纳米Ag/TiO2更多，说明超声波辅助浸渍有利于纳米Ag/TiO2负载在木材上。FTIR光谱吸收峰归属(薛晓明等， 2016； 郭洪武等， 2015)如表3所示。

图5 樟子松素材和纳米Ag/TiO2木基复合材料的FTIR图谱Fig.5 FTIR of Pinus sylvestris var. mongolica and nano-Ag/TiO2 wood-based composite materialsa.素材Unmodified wood； b.常压浸渍材Atmospheric pressure impregnation； c. 超声波辅助浸渍材 Ultrasonic impregnation.

波数Wavenumber/cm-1峰值归属Chemicalstructureassignment3396O—H伸缩振动(纤维素)O—Hstretching(cellulose)2929C—H伸缩振动(纤维素、木质素)C—Hstretching(cellulose，lignin)2854C—H伸缩振动(脂肪酸类)C—Hstretching(fattyacid)1739CO羰基伸缩振动(半纤维素)COcarbonylstretching(hemicellulose)1653非共轭CO伸缩振动(木质素)COdis⁃conjugationstretching(lignin)1605CO伸缩振动和芳香族骨架振动(木质素)COstretchingandstretchingofaromaticskeleton(lignin)1516CC芳香族碳骨架伸缩振动(木质素)CCStretchingofaromaticskeleton(lignin)1462C—H弯曲振动(纤维素)C—Hflexuraloscillation(cellulose)1429芳香族骨架振动与C—H弯曲振动(纤维素、木质素)StretchingofaromaticskeletonandC—Hflexuraloscillation(cellulose，lignin)1376C—H弯曲振动、芳香族骨架振动(纤维素、半纤维素)C—Hflexuraloscillationandstretchingofaromaticskeleton(cellulose，hemicellulose)1319O—H面内弯曲振动O—Hflexuraloscillation1269C—C和C—O伸缩振动(木质素)C—CandC—Ostretching(lignin)1233C—O、C—C和CO的伸缩振动(木质素)C—O，C—CandCOstretching(lignin)1165C—O—C脂肪醚键伸缩振动(木聚糖、木质素、纤维素)C—O—Cstretchingofaliphaticetherbond(xylan，lignin，cellulose)1114C—O—C伸缩振动(KH560)C—O—Cstretching(KH560)1063C—O—Si伸缩振动(KH560)C—O—Sistretching(KH560)1030CO伸缩振动(纤维素、半纤维素、木质素)COstretching(cellulose，hemicellulose，lignin)897C—H弯曲振动，C—O伸缩振动C—HflexuraloscillationandC—Ostretching810C—H面外弯曲振动(甘露糖)C—Hflexuraloscillation(mannose)674C—H弯曲振动C—Hflexuraloscillation611Ti—O—C伸缩振动(纳米Ag/TiO2)Ti—O—Cstretching(nano⁃Ag/TiO2)565Ti—O伸缩振动(纳米Ag/TiO2)Ti—Ostretching(nano⁃Ag/TiO2)

2.7 结晶度分析

图6为樟子松素材常压浸渍(超声时间：20 min； 纳米Ag/TiO2浓度：1.0%)和超声波辅助浸渍(超声功率：225 W； 超声时间：20 min； 纳米Ag/TiO2浓度：1.0%)制备的纳米Ag/TiO2木基复合材料的XRD图谱。从曲线a的衍射峰分析，樟子松在17.0°、22.2°以及35.0°附近出现了明显的衍射峰，分别代表木材纤维素(100)、(002)及(040)结晶面(Chenetal., 2013)。

曲线b、c与a对比可知，纳米Ag/TiO2浸渍材保留了素材的衍射特征，并在37.7°、48.0°、53.7°和62.2°附近出现新的锐钛矿TiO2衍射峰，说明纳米Ag/TiO2成功负载在樟子松上，并呈现锐钛矿晶体结构特征，保持了其光催化性能。常压浸渍纳米Ag/TiO2的樟子松试材与素材相比，在17.0°、22.2°衍射强度下降，这是因为：一方面樟子松试材中引入纳米颗粒，使处理材中纤维素占木材的含量相应减小，衍射强度下降； 另一方面，进入木材细胞中的纳米颗粒部分进入纤维素非结晶区，与非结晶区的羟基反应，纤维素总体体积有所增加，导致纳米Ag/TiO2木基复合材料的结晶度表观值下降。超声波辅助浸渍纳米Ag/TiO2的樟子松试材与常压浸渍、素材相比，在17.0°、22.2°衍射强度下降更加明显，这是由于超声波应力持续作用在纤维大分子材料非晶区的空隙，纤维表面生长疲劳裂纹，使纤维部分损坏，所以纤维素结晶度下降(薛振华等， 2007； 李坚， 2014)。

2.8 热重分析

图7为樟子松素材常压浸渍(超声时间：20 min； 纳米Ag/TiO2浓度：1.0%)和超声波辅助浸渍(超声功率：225 W； 超声时间：20 min； 纳米Ag/TiO2浓度：1.0%)制备的纳米Ag/TiO2木基复合材料的TG分析图谱。从室温到250 ℃，木材发生第1次热分解，素材、常压浸渍材和超声波辅助浸渍材质量分别减少12.1%、10.2%和9.2%，此阶段主要是木材中水分的流失，包括自由水、吸着水以及化学水(李宇宇等， 2011)。从250 ℃到400 ℃，木材发生第2次热分解，素材、常压浸渍材和超声波辅助浸渍材质量分别减少68.1%、61.9%和58.2%，是由于木材中极不稳定的半纤维素被热解以及纤维素发生解聚、链断裂所致。第3次是从400 ℃到800 ℃发生的缓慢热分解，素材、常压浸渍材和超声波辅助浸渍材质量分别减少10.5%、14.3%和11.9%，是木材中纤维素被完全热解以及木质素基本单元苯丙烷中的C—C 键逐渐形成木炭石墨结构导致的(Gašparovietal., 2010； 毛丽婷等， 2015)。

图6 樟子松素材和纳米Ag/TiO2木基复合材料的XRD图谱Fig.6 XRD of Pinus sylvestris var. mongolica and nano-Ag/TiO2 wood-based composite materialsa.素材Unmodified wood； b.常压浸渍材Atmospheric pressure impregnation； c. 超声波辅助浸渍材Ultrasonic impregnation.

图7 樟子松素材和纳米Ag/TiO2木基复合材料的TG分析图谱Fig.7 TG of Pinus sylvestris var. mongolica and nano-Ag/TiO2wood-based composite materialsa.素材Unmodified wood； b.常压浸渍材Atmospheric pressure impregnation； c. 超声波辅助浸渍材Ultrasonic impregnation.

当温度为800 ℃时，素材、常压浸渍材和超声波辅助浸渍材的残灰率分别为9.3%、13.6%和20.7%，超声波辅助浸渍制备纳米Ag/TiO2木基复合材料的残灰率是素材和常压浸渍材的2.2和1.5倍，说明纳米Ag/TiO2起到了稳定木材残留物的作用； 最大降解温度分别为369.3、375.4和381.1 ℃，超声波辅助浸渍制备纳米Ag/TiO2木基复合材料较素材和常压浸渍材提高了11.8和5.7 ℃，提高了木材的阻燃性能。超声波辅助浸渍材阻燃效果更优，主要是因为纳米Ag/TiO2在木材中的浸渍深度更大，载药量更大，纳米Ag/TiO2在木材内部的细胞腔和细胞壁中沉积，阻碍O2的进入和热量的传导。

3 讨论

本研究以六偏磷酸钠和KH560为复合分散剂，基于超声波辅助浸渍制备纳米Ag/TiO2木基复合材料，选取载药量和抗流失率两大性能指标，探讨超声功率、超声时间、试剂浓度对纳米Ag/TiO2木基复合材料的影响，制备的纳米Ag/TiO2木基复合材料比常压浸渍提高了31.5%和7%。制备方法上结合了化学分散法(复合分散剂)和物理分散法(超声波辅助浸渍法)，与单一方法进行分散处理(袁光明等， 2008； 王敏等， 2012)相比，使得纳米Ag/TiO2木基复合材料性能显著提升。

目前制备纳米木基复合材料的纳米材料以纳米TiO2为主，然而纳米TiO2只在紫外光环境下才能发挥光催化性能，在实际应用中受到限制(Fengetal., 2009)。纳米Ag的掺杂能产生费米能级差，起到光生电子浅势捕获阱的作用，使纳米TiO2可见光条件下亦有光催化性能(李雪松， 2015)。然而目前对纳米Ag/TiO2改性木材的研究较少，且主要针对竹材(杨优优等， 2012)，本研究补充并丰富了纳米Ag/TiO2在木材领域的应用范围，为纳米木基复合材料的制备提供了理论依据。

4 结论

1) 超声波辅助处理提高了木材的载药量和抗流失率，功率为75 W时，载药量比常压浸渍提高31.5%； 功率为300 W时，抗流失率比常压浸渍提高7%。

2) 超声时间对载药量的影响不大，对抗流失率的影响呈先升高后降低的趋势，在时间为30 min时抗流失率达到峰值77.73%。

3) 随着纳米Ag/TiO2浓度增加，载药量持续上升，浓度为2.0%时载药量为3.363 kg·m-3，抗流失率则持续下降，浓度为0.5%时抗流失率为78.33%。

4) 超声波辅助浸渍处理后，纳米Ag/TiO2成功进入木材内部并附着在细胞壁上，团聚现象减少，分散性显著增强，浸渍深度增加。

5) 纳米Ag/TiO2与纤维素羟基发生反应，木材结晶度略有下降。

6) 纳米Ag/TiO2起到了稳定木材残留物的作用，热稳定性增强，残灰率是素材和常压浸渍材的2.2和1.5倍，最大降解温度较素材和常压浸渍材提高了11.8和5.7 ℃，提高了木材的阻燃性能。

常 佳．2009．木材微波预处理与超声波辅助染色的研究．北京： 中国林业科学研究院博士学位论文.

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