一種高疏水自清潔特性木材的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及木材改性方法，具體涉及一種高疏水自清潔特性木材的制備方法，屬于木材加工制作技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]木材因其獨(dú)特的組成成分和具有的蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)而易吸水致膨脹變形、易解水致開裂翹曲、易受菌蟲侵蝕致腐朽降解、易受熱致燃燒降解等。為延長木材的使用壽命、提高其耐久性，人們對(duì)天然的木材進(jìn)行改性，現(xiàn)有的對(duì)木材改性的方法有以下幾種:
一、利用乙烯基單體(申請(qǐng)?zhí)枮?00710072699.2的中國專利)或雜環(huán)可聚合單體(在中國的公布號(hào)為CN1671526A的國際專利)形成聚合物處理木材，使木材的力學(xué)性能提高，這種方法使用的改性劑或毒性高或改變木材顏色或致使木材脆性高，且主要改善力學(xué)性能，功能單一；
二、利用晶體銅鹽(申請(qǐng)?zhí)枮?00480023 283.6的中國專利)注入木材的孔結(jié)構(gòu)內(nèi)或木材表面，使木材具有防腐性能、阻燃性能，這種方法易改變木材顏色、使用的水性溶劑造成污染且不能改善木材力學(xué)性能；或者以氨類化合物、含磷化合物、醛類化合物等(申請(qǐng)?zhí)枮?00610051758.3的中國專利)注入木材的孔結(jié)構(gòu)內(nèi)或木材表面，使木材具有防腐性能、阻燃性能等，這類方法的改性劑或有異味或毒性高或抗流失性差，且不能改善木材的力學(xué)性能；
三、利用硅氧烷前驅(qū)體處理木材細(xì)胞腔(申請(qǐng)?zhí)枮?00710050082.0的中國專利)或細(xì)胞壁(申請(qǐng)?zhí)枮?00710122002.8的中國專利)，使木材的熱穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性得到改善，這種方法操作過程復(fù)雜，且改善木材的力學(xué)性能欠佳；
四、利用蜂蠟處理木材賦予木材疏水性(申請(qǐng)?zhí)枮?00810030688.2的中國專利)，但蜂蠟抗流失能力差，疏水效力不能持久;且對(duì)木材力學(xué)性能改善欠佳；
五、利用POSS雜化含氟丙烯酸樹脂構(gòu)建木器涂層(申請(qǐng)?zhí)?01310378783.2的中國專利)，但此處的POSS為親水性單體，無法賦予自清潔特性;且軟硬單體與木材間無化學(xué)反應(yīng)、僅為氫鍵結(jié)合，所以樹脂與木材的結(jié)合強(qiáng)度欠佳、力學(xué)性能差；
六、利用水性核殼結(jié)構(gòu)丙烯酸乳液、籠型倍半硅氧烷表面活性劑雜化構(gòu)建木器涂層(申請(qǐng)?zhí)?01510514358.0的中國專利)，但水性涂層的力學(xué)強(qiáng)度、耐磨、耐刮檫性能差，且沒有自清潔特性；
七、利用在木材表面生成納米Ti02(申請(qǐng)?zhí)枮?00910310793.6的中國專利)賦予木材疏水特性，但處理方法復(fù)雜，條件要求苛刻，且僅能處理木材表面，不能改善木材力學(xué)性能。以上的這些方法的改性劑或是毒性高、有特殊異味、改變木材顏色、抗流失能力差、操作過程復(fù)雜，或是只能改善木材的某種性能，若想同時(shí)改善木材的多種性能，如阻燃性能、防腐性能、尺寸穩(wěn)定性等，則需復(fù)合多種改性劑處理木材，而多種試劑復(fù)合時(shí)又往往影響彼此間的相互效力，且增加木材的改善成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的木材改性方法的改性劑毒性高、有異味、改變木材顏色，處理過程復(fù)雜、只能改善木材單一"性能的問題，受荷葉微納米結(jié)構(gòu)致使自清潔特性啟發(fā)而提供的一種高疏水自清潔特性木材的制備方法，它的疏水接觸角可以高達(dá)140°以上、滾動(dòng)角小于20° ο
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案。
[0005]—種高疏水自清潔特性木材的制備方法，其特征在于:本發(fā)明的高疏水自清潔特性木材的制備方法按以下步驟進(jìn)行:
步驟一:按質(zhì)量百分比分別稱取49%?99%的含氟可聚合單體、O?40%的不飽和單體、
0.5%?10%的含氟改性納米POSS顆粒和0.5%?1%的引發(fā)劑，然后將納米POSS顆粒攪拌溶于四氫呋喃(P0SS占四氫呋喃的質(zhì)量百分比為10wt%)中，最后將上述原料混合均勻，得到浸漬液；
步驟二:將木材和經(jīng)步驟一得到的浸漬液加入到反應(yīng)罐中，并使木材浸沒于浸漬液中，將反應(yīng)罐密閉后，向其中通入空氣，使反應(yīng)罐中的壓力達(dá)到0.8MPa?IMPa，并保持20min?30min；
步驟三:將反應(yīng)罐的壓力降至常壓，取出木材，再用鋁箔紙將浸漬后的木材包裹起來，先在室溫常壓狀態(tài)下放置12h?24h，然后加熱至溫度為80°C?IlOtC并保持Sh?10h，拆除鋁箔紙，將木材置于真空干燥箱中，于常溫下抽真空至木材恒重，即得高疏水自清潔特性木材。
[0006]其中步驟一中所述的含氟可聚合單體為丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸十三氟辛酯或甲基丙烯酸十二氟庚酯。
[0007]步驟一中所述的不飽和單體為(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸縮水甘油酯、烯丙基縮水甘油醚、(甲基)丙烯酸-α_羥基烷基酯、(甲基)丙烯酸氨基烷基酯、多元醇二(甲基)丙烯酸酯和乙烯類單體中的一種或其中幾種的組合。
[0008]步驟一中所述的含氟改性納米POSS為三氟丙基籠形聚倍半硅氧烷(C3H4F3)n(S1u)no
[0009]步驟一中所述的引發(fā)劑為偶氮二異丁腈或過氧化苯甲酰。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明利用無毒、無味、無色、高沸點(diǎn)的含氟可聚合功能性單體或與高活性、高沸點(diǎn)的不飽和單體及與納米物質(zhì)組合來改性木材，故處理后的木材未改變顏色，保留了木材的天然“膚色”，且不帶殘留的氣體異味，納米獨(dú)特特性復(fù)合致使得到環(huán)保型、具有優(yōu)良綜合性能和高疏水自清潔特性的改性木材。
[0011 ]借助含氟可聚合功能性單體帶有大量的氟原子，通過自身聚合或與其他不飽和單體共聚合成大分子聚合物填充于木材多孔結(jié)構(gòu)中，一方面使木材具有疏水性能，另一方面堵塞水分通過細(xì)胞腔滲透入細(xì)胞壁的通道，提高了木材的尺寸穩(wěn)定性，并使微生物在木材內(nèi)部賴以生存的含水環(huán)境被破壞，從而賦予改性的木材一定的防腐性能，同時(shí)因木材多孔結(jié)構(gòu)中原位生成了起增強(qiáng)作用的大分子聚合物，故改性后的木材具有了良好的力學(xué)性能。
[0012]此外，由于含氟改性的納米POSS顆粒的均勻分散，顆粒粒徑在200nm左右，構(gòu)建了微納米分級(jí)結(jié)構(gòu)，使得改性木材也具有了一定的自清潔能力，水接觸角可達(dá)140°以上、水滾動(dòng)角小于20°，不易沾灰塵、污漬、雨水等，而普通單體處理的木材因不具有疏水性和微納米分級(jí)結(jié)構(gòu)而不具備自清潔能力；
含氟可聚合單體與其他可與木材基質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的功能性單體復(fù)配處理木材時(shí)，因功能性單體與木材細(xì)胞壁組分反應(yīng)，可使形成的含氟聚合物與木材細(xì)胞壁基質(zhì)間形成良好的界面結(jié)合，可進(jìn)一步改善木材的力學(xué)性能和耐久性。
[0013]這種利用含氟單體處理木材的方法使木材的力學(xué)性能和耐久性同時(shí)得到改善，并賦予木材高疏水自清潔功能，故具有“一劑多效”功能。該法操作過程安全、環(huán)保、簡(jiǎn)便，制備的高疏水性自清潔木材屬于綠色環(huán)保型木質(zhì)復(fù)合材料。
[0014]本發(fā)明制備的高疏水性自清潔木材的順紋抗壓強(qiáng)度為70MPa?98MPa，達(dá)到中高等木材的強(qiáng)度，力學(xué)性能良好;連續(xù)浸水200h的抗脹率達(dá)65%，尺寸穩(wěn)定性好;真菌侵蝕12周后疏水自清潔特性木材在的失重率為6%，防腐性能強(qiáng);疏水自清潔特性木材表面與水接觸角可達(dá)140°以上、滾動(dòng)角小于20°，具有良好的疏水自清潔功能，可廣泛用于建筑、交通、軍事和家居領(lǐng)域，尤其可作為室內(nèi)外結(jié)構(gòu)材料和裝飾材料。
【附圖說明】
[0015]圖1:【具體實(shí)施方式】八制備的高疏水自清潔特性木材的掃描電鏡照片。
[0016]圖2:【具體實(shí)施方式】八制備的高疏水自清潔特性木材的透射電鏡照片。
[0017]圖3:【具體實(shí)施方式】八制備的高疏水自清潔特性木材與水的接觸角照片。
[0018]圖4:【具體實(shí)施方式】九制備的高疏水自清潔特性木材與水的接觸角照片。
[0019]圖5:【具體實(shí)施方式】十制備的高疏水自清潔特性木材的掃描電鏡照片。
[0020]圖6:【具體實(shí)施方式】十制備的高疏水自清潔特性木材的原子力顯微鏡照片。
[0021]圖7:【具體實(shí)施方式】十制備的高疏水自清潔特性木材與水的接觸角照片。
【具體實(shí)施方式】
[0022]
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0023]【具體實(shí)施方式】一:
本實(shí)施方式的高疏水自清潔特性木材的制備方法按以下步驟進(jìn)行:一、按質(zhì)量百分比分別稱取49%?99%的含氟可聚合單體、O?40%的不飽和單體、0.5%?10%的含氟改性納米POSS顆粒和0.5%?1%的引發(fā)劑，然后將納米POSS顆粒攪拌溶于四氫呋喃(P0SS占四氫呋喃的質(zhì)量百分比為10wt%)中，最后將上述原料混合均勻，得到浸漬液;二、將木材和經(jīng)步驟一得到的浸漬液加入到反應(yīng)罐中，并使木材浸沒于浸漬液中，將反應(yīng)罐密閉后，向其中通入空氣，使反應(yīng)罐中的壓力達(dá)到0.8MPa?