本發(fā)明涉及一種改善木材耐候性能、抗菌性能和雙疏性能的處理方法。

背景技術(shù)：

木材暴露在室外的天然環(huán)境中，經(jīng)受著紫外線的光化降解作用、雨水的淋溶作用、水解作用、濕脹與干縮作用、風(fēng)荷的侵蝕與微生物的腐蝕作用等，日久天長，其表面的顏色首先發(fā)生變化，一般說來，原來材色淺的木材略微變深，材色深的略微變淺，木材表面的顏色漸漸變成灰色。通常的處理方法耗時長，一般需要2～3天，甚至可能需要一周的時間，所用化學(xué)試劑多污染大且不均勻，大部分需要干燥，在干燥過程中木材可能會產(chǎn)生開裂等現(xiàn)象。木材表面容易吸收水及油等液體，造成木材易發(fā)霉、腐壞且尺寸穩(wěn)定性差。通常的處理方法需要化學(xué)刻蝕，所需的試劑污染較大且處理時間較長。

中國專利申請?zhí)枮镃N 201010256230.6，名稱為《木材-有機-無機雜化復(fù)合材料的制備方法》的專利中公開了一種木材-有機-無機雜化復(fù)合材料的制備方法。其中所制備的方法中所使用的原料硅烷偶聯(lián)劑易燃而且對眼睛和皮膚有刺激性，所用的聚合單體具有毒性，存在巨大安全隱患。且所需干燥的步驟較多，時間較長，木材在此過程中極易產(chǎn)生彎曲開裂的情況。

中國專利申請?zhí)枮镃N 201310557706.3，名稱為《一種可交聯(lián)氟硅樹脂及其制備與在超雙疏材料上的應(yīng)用》的專利中公開了一種水分散性可交聯(lián)氟硅樹脂及其制備方法與在超雙疏材料上的應(yīng)用，其中采用了大量有機試劑，多種試劑均毒性較大，不利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

中國專利申請?zhí)枮镃N 201310475985.9，名稱為《一種抗菌木材及其制備方法》的專利中公開了一種抗菌木材及其制備方法，其制備過程包括依次對木材進行浸漬處理、固化處理和干燥處理。該專利浸漬過程需要真空加壓，且時間達到30多小時，存在一定危險性。整體制備時間需要幾天的時間，且步驟較多，不易大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有改善木材耐候性和雙疏性的方法所用周期長、所用有機原料具有毒性的問題，而提供一種無污染提高木材耐候性能和雙疏性能的處理方法。

本發(fā)明無污染提高木材耐候性能和雙疏性能的處理方法按下列步驟實現(xiàn)：

一、將木材放置于等離子清潔儀管腔中，將管腔中抽至真空，通入氬氣，打開電源在輝光狀態(tài)下進行等離子清洗，得到清洗后的木材；

二、將清洗后的木材放入磁控濺射儀器中，抽至真空后通入氧氣，打開裝有鈦單質(zhì)的射頻電源，預(yù)濺射1～2分鐘，得到預(yù)濺射的木材；

三、鈦單質(zhì)輝光被氧化成二氧化鈦離子后，打開磁控濺射靶頭的遮蓋門，先在真空度為8.3×10^-6MPa～1.0×10^-5MPa，功率為300～400W，氧氣流量為5～7sccm，氬氣流量為9～13sccm的條件下進行粒子濺射處理，濺射時間為1～3分鐘，然后調(diào)節(jié)功率為100～150W，繼續(xù)粒子濺射處理1～3分鐘，得到濺射有二氧化鈦層的木材；

四、將步驟三得到的濺射有二氧化鈦的木材浸泡到十八烷基三氯硅烷溶液中2～4小時，取出后在空氣下干燥，完成無污染提高木材耐候性能和雙疏性能的處理方法。

本發(fā)明先將單質(zhì)鈦氧化成二氧化鈦，然后使用磁控濺射將二氧化鈦離子沉積到木材表面。木材變色的主要原因是在日光中的紫外線光化降解了木材的組成成分。而二氧化鈦是一種n型半導(dǎo)體材料，可以吸收日光中波長小于或等于387.5nm的光(紫外線)使得價帶的電子獲得光子而躍遷至導(dǎo)帶。本發(fā)明采用磁控濺射的方法將二氧化鈦附著在木材表面，得到的木材表面的二氧化鈦粒子附著均勻且粒子小，吸收紫外光的能力更強，從而提高了木材耐候性的能力。而十八烷基三氯硅烷包含一個具有18個碳原子的有機長鏈，所以其為低表面能物質(zhì)，將其附著在木材表面后，其碳長鏈會向外排列，從而降低木材表面能，水和油在其表面不會浸潤，達到超雙疏的效果。

本發(fā)明所用的濺射材料鈦單質(zhì)無毒，整個濺射處理時間大幅縮短，提高了木材耐候性能處理的效率。

附圖說明

圖1為實施例一中步驟一所用楊木素材表面的SEM圖；

圖2為實施例一得到的濺射二氧化鈦后的楊木表面的SEM圖；

圖3為實施例一得到的濺射二氧化鈦后的楊木耐候性測試中紅綠指數(shù)(△a)測試圖；

圖4為實施例一得到的濺射二氧化鈦后的楊木耐候性測試中黃藍指數(shù)(△b)的測試圖；

圖5為實施例一得到的濺射二氧化鈦后的楊木耐候性測試中明度(△L)的測試圖；

圖6為實施例一得到的濺射二氧化鈦后的楊木耐候性測試中總方差(△E)的測試圖；

圖7為實施例一步驟四得到的木材抗菌實驗測試圖；

圖8為實施例一步驟四得到的提高耐候性能和雙疏性能木材的水滴接觸角測試圖；

圖9為實施例一步驟四得到的提高耐候性能和雙疏性能木材的油滴接觸角測試圖。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式無污染提高木材耐候性能的處理方法按下列步驟實施：

一、將木材放置于等離子清潔儀管腔中，將管腔中抽至真空，通入氬氣，打開電源在輝光狀態(tài)下進行等離子清洗，得到清洗后的木材；

二、將清洗后的木材放入磁控濺射儀器中，抽至真空后通入氧氣，打開裝有鈦單質(zhì)的射頻電源，預(yù)濺射1～2分鐘，得到預(yù)濺射的木材；

三、鈦單質(zhì)輝光被氧化成二氧化鈦離子后，打開磁控濺射靶頭的遮蓋門，先在真空度為8.3×10^-6MPa～1.0×10^-5MPa，功率為300～400W，氧氣流量為5～7sccm，氬氣流量為9～13sccm的條件下進行粒子濺射處理，濺射時間為1～3分鐘，然后調(diào)節(jié)功率為100～150W，繼續(xù)粒子濺射處理1～3分鐘，得到濺射有二氧化鈦層的木材；

四、將步驟三得到的濺射有二氧化鈦的木材浸泡到十八烷基三氯硅烷溶液中2～4小時，取出后在空氣下干燥，完成無污染提高木材耐候性能和雙疏性能的處理方法。

本實施方式步驟一主要作用是對木材表面進行清洗，采用等離子清洗的方式清洗效果更好。步驟二的主要作用為預(yù)濺射，濺射的粒子直徑均勻。步驟三待預(yù)濺射中鈦單質(zhì)輝光被氧化成二氧化鈦離子后考慮到木材表面粗糙，先采用大功率濺射再調(diào)小功率，有利于二氧化鈦粒子與木材表面更好的結(jié)合。步驟四的主要作用是在木材表面粗糙的基礎(chǔ)之上附著疏水材料，提高木材的疏水角度。

具體實施方式二：本實施方式和具體實施方式一不同的是步驟一所述的木材為楊木、落葉松、樟子松、水曲柳、橡膠木或竹材。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式和具體實施方式一或二不同的是步驟二所述氧氣的純度大于99.99％。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式和具體實施方式一至三之一不同的是步驟二控制預(yù)濺射的功率為200W～300W。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至三之一相同。

具體實施方式五：本實施方式和具體實施方式一至四之一不同的是步驟三在真空度為1.0×10^-5MPa，功率為350W，氧氣流量為6sccm，氬氣流量為11sccm的條件下進行粒子濺射處理。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至四之一相同。

具體實施方式六：本實施方式和具體實施方式一至五之一不同的是步驟三所述氧氣的純度大于99.99％，氬氣的純度大于99.99％。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至五之一相同。

具體實施方式七：本實施方式和具體實施方式一至六之一不同的是步驟三調(diào)節(jié)功率為100W，繼續(xù)粒子濺射處理2分鐘。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至六之一相同。

具體實施方式八：本實施方式和具體實施方式一至七之一不同的是步驟三得到濺射有厚度為5～15微米二氧化鈦層的木材。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至七之一相同。

具體實施方式九：本實施方式和具體實施方式一至八之一不同的是步驟四中十八烷基三氯硅烷溶液的質(zhì)量濃度為3％～4％。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至八之一相同。

本實施方式所述的十八烷基三氯硅烷溶液為水溶液。

具體實施方式十：本實施方式和具體實施方式一至九之一不同的是步驟四在空氣下干燥25～36小時。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至九之一相同。

實施例一：本實施例無污染提高木材耐候性能的處理方法按下列步驟實施：

一、將楊木放置于等離子清潔儀管腔中，將管腔中抽至真空，通入氬氣(純度為99.999％)，打開電源在輝光狀態(tài)下進行等離子清洗5分鐘，得到清洗后的木材；

二、將清洗后的木材放入磁控濺射儀器中，抽至真空后通入氧氣(純度為99.999％)，打開裝有鈦單質(zhì)的射頻電源，預(yù)濺射2分鐘，得到預(yù)濺射的木材；

三、鈦單質(zhì)輝光被氧化成二氧化鈦離子后1min，打開磁控濺射靶頭的遮蓋門，先在真空度為1.0×10^-5MPa，功率為350W，氧氣流量為6sccm，氬氣流量為11sccm的條件下進行粒子濺射處理，濺射時間為2分鐘，然后調(diào)節(jié)功率為100W，繼續(xù)粒子濺射處理2分鐘，得到濺射有二氧化鈦層的木材；

四、將步驟三得到的濺射有二氧化鈦的木材浸泡到質(zhì)量濃度為2％十八烷基三氯硅烷水溶液中3小時，取出后在空氣下干燥24小時，完成無污染提高木材耐候性能和雙疏性能的處理方法。

圖2為濺射有二氧化鈦層的楊木表面的SEM圖，可以看出木材表面的紋孔等通道已全部被覆蓋，鍍層均勻，表面存在微納米級別的突起。由圖3-圖6說明在老化試驗箱中老化120小時后，其中a代表木材素材，b代表濺射有二氧化鈦層的木材，處理后木材的亮度、紅綠指數(shù)及藍綠指數(shù)的變化幅度均小于木材素材。由圖7顏色變化總方差可以看出，處理之后的木材的顏色變化僅為木材素材的三分之一，較大的增加了木材的耐候性能。

本實施例步驟四得到的提高耐候性能和雙疏性能后的木材經(jīng)抗菌實驗測試木材抗大腸桿菌的性能得到了提升，將大腸桿菌涂布在培養(yǎng)基后將樣品放在培養(yǎng)基上，在恒溫恒濕箱中培養(yǎng)24小時，測得其抑菌環(huán)直徑為20.5mm，而未經(jīng)處理的木材抑菌環(huán)直徑為零。

經(jīng)過雙疏測試處理后的木材達到超疏水和超疏油的標準，經(jīng)測試水滴的接觸角達到151°，油滴的接觸角達到147°，未經(jīng)處理的木材的接觸角僅為68°。