[发明专利]一种表层化学改性的多功能木质材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于木材功能性处理技术领域，公开了一种表层化学改性的多功能木质材料及其制备方法和应用。该方法对木材表面进行打磨，然后用吹净木材表面的灰尘和杂质；将MAX相粉末加入到刻蚀剂中搅拌，在35～55℃下反应，经洗涤、超声和离心收集MXene分散液；将MXene分散液分别涂覆于木材表层的两面进行表层化学改性，待木材表面改性过程完成，得到表层化学改性的多功能木质材料。本发明的表层化学改性的多功能木质材料同时具有导电、电磁屏蔽和抗菌功能，并且操作简单、周期短，节能环保，无需二次干燥，不影响木材的力学性能和尺寸稳定性，可在家居领域中广泛应用。

技术领域

本发明属于木材功能性处理技术领域，更具体地，涉及一种表层化学改性的多功能木质材料及其制备方法和应用。

背景技术

木材不仅是一种可持续、可再生、可降解的天然材料，而且具有成本低、环境友好、多孔层次结构以及优良的各向异性等优点，而被广泛应用于我们的生活中。但木材也存在易燃、易腐化、低导电性等缺点，需要对其表面进行功能化改性，以改善表面性能，进而提高使用效率。

通过对木材进行一系列改性，可将木材发展成为一种绿色多功能的木质材料。中国专利CN 100595325C公开发布了一种木质电磁屏蔽材料及其制备方法，通过化学镀铜改性的方式赋予了木材电磁屏蔽的功能；中国专利CN 103642039 B利用本征导电高分子制备了一种木基聚苯胺电磁屏蔽材料，该复合材料具有电磁屏蔽和抗静电的功能；中国专利CN111098372A公开发布了一种木基-石墨烯导电复合材料及其制备方法，采用氧化石墨烯与木材进行有机结合，然后再以还原手段在木材机体内部释放出石墨烯，该复合材料具有导电以及电磁屏蔽等功能；中国专利CN 111975909 A通过金属无电沉积制备了一种多功能金属化木质材料，具有催化、导电、抗菌功能。

过渡金属碳化物和氮化物(MXene)是一种二维分层结构的过渡金属碳化物或氮化物，具有导电、电磁屏蔽和抗菌等功能。MXene的化学式是M_n+1X_nT_x，其中M代表过渡金属，X代表碳或氮，T_x代表官能团(O、F、OH)。MXene表面的官能团可以让它与其他物质相互作用进行改性，且改性后仍能保持它固有的功能。基于此，采用MXene与木材结合可使木材多功能化，提高木材的附加值。已有文献报道了通过真空脉冲浸渍的方法将MXene与天然木材结合制备具有电磁屏蔽功能的复合材料(Holzforschung,De Gruyter,2020)，然而该方法需要将整块木材浸渍在MXene溶液中并先真空处理再升压处理，操作复杂、成本较高。此外，还有文献报道将MXene和脱木素和去半纤维素木材结合制备一种具有高机械性能和电磁屏蔽功能的复合材料(Carbohydrate Polymers,2021,254:117033)，但它需要脱木素、去半纤维素、真空、加压和干燥等多个步骤，是一项耗时且耗能的制造过程，容易引起木材的尺寸稳定性变差。

上述木材功能化的技术，操作复杂、周期长，木材力学强度损失大；过多使用化学试剂，容易对环境造成污染；需要二次干燥，容易引起木材的尺寸稳定性变差。因此，研究便捷的多功能化木质材料的制备方法，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明目的在于提供一种表层化学改性的多功能木质材料的制备方法。该方法采用MXene分散液对木材表层进行化学改性，操作简单、周期短，节能环保，无需二次干燥，不影响木材的力学性能和尺寸稳定性。

本发明的另一目的在于提供上述方法制得的表层化学改性的多功能木质材料。该多功能木质材料不仅继承了木材良好机械性能和力学性能等基本特征，还具有导电、电磁屏蔽和抗菌功能。

本发明的再一目的在于提供上述方法制得的表层化学改性的多功能木质材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种表层化学改性的多功能木质材料的制备方法，具体包括以下步骤：