CN101870130B - 一种超疏水性木材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种超疏水性木材的制备方法，它涉及疏水性木材的制备方法。本发明解决了现有的超疏水性木材的制备方法工艺复杂，能耗大，成本高的问题。本方法：一、配制甲基硅酸钾水溶液；二、将木材浸没于甲基硅酸钾水溶液中保持5h～30h；三、在温度为10℃～80℃的条件下，调节甲基硅酸钾水溶液的pH值为9～13.5；四、向甲基硅酸钾水溶液中通入二氧化碳气体，当甲基硅酸钾水溶液的pH值为7～8.8时停通入二氧化碳气体；五、静置0.1h～30h后，干燥，得到超疏水性木材。本发明的方法工艺简单，不需要加压处理，也不用复杂的专用设备，生产成本低，能耗小。用于制备超疏水性木材。
Description
技术领域
本发明涉及疏水性木材的制备方法。
背景技术
超疏水性木材，与水的接触角大于150°，滚动角小于10°，因为具有很好的超疏水的表面性质，所以其不仅具有自清洁功能，而且还具有防虫、防腐、阻燃等性能，使木材从传统改良向生物改良发展，在液体无损失输送、自洁、防水、防潮等领域具有十分广泛的应用前景。现有的制备超疏水性木材的方法是把木材和蜂蜡加入到模具中，加热至80℃～100℃使蜂蜡溶化，并施以1MPa～50MPa压力使蜂蜡进入到木材表面的微孔中，冷却后刮掉表面的蜂蜡，得到超疏水木材。但该方法需要加热、加压、工艺复杂，能耗大，成本高。
发明内容
本发明是为了解决现有的超疏水性木材的制备方法工艺复杂，能耗大，成本高的问题，而提供一种超疏水性木材的制备方法。
本发明的一种超疏水性木材的制备方法按以下步骤进行：一、按甲基硅酸钾的浓度为0.1%～20%（质量）配制甲基硅酸钾水溶液；二、将木材浸没于经步骤一制备的甲基硅酸钾水溶液中保持5h～30h；三、在保持甲基硅酸钾水溶液的温度为10℃～80℃的条件下，调节甲基硅酸钾水溶液的pH值为9～13.5；四、向甲基硅酸钾水溶液中通入二氧化碳气体，当甲基硅酸钾水溶液的pH值为7～8.8时停通入二氧化碳气体；五、静置0.1h～30h后，把木材放于真空干燥箱中，在真空度为0.070MPa～0.095MPa、温度为40℃～140℃的条件下干燥10min～10h，得到超疏水性木材。
本发明把木材浸泡到甲基硅酸钾的水溶液中，通入二氧化碳气体，甲基硅酸钾与二氧化碳在木材表面原位反应，生成低表面能的硅烷，在木材表面形成一层超疏水层。该超疏水性木材与水的接触角大于150°，滚动角小于10°，具有超疏水性质，在木材表面形成的涂层，可以避免使用涂料带来的污染，而且该层无毒无异味，是一种环保材料，不会对人体健康和环境造成不良影响，使木材具备了自清洁功能的同时，还可以起到提高木材本身机械强度、物理、力学强度、克服木材自身易腐性、易燃性、尺寸不稳定性、各向异性、变异性、不耐候性的缺陷。经本发明的方法得到的超疏水性木材在木材表面原位生成硅烷，本发明的方法工艺简单，不需要加压处理，更不用复杂的专用设备，生产成本低，能耗小。
附图说明
图1是具体实施方式二十制备的超疏水性木材与水的接触角照片。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种超疏水性木材的制备方法按以下步骤进行：一、按甲基硅酸钾的浓度为0.1%～20%（质量）配制甲基硅酸钾水溶液；二、将木材浸没于经步骤一制备的甲基硅酸钾水溶液中保持5h～30h；三、在保持甲基硅酸钾水溶液的温度为10℃～80℃的条件下，调节甲基硅酸钾水溶液的pH值为9～13.5；四、向甲基硅酸钾水溶液中通入二氧化碳气体，当甲基硅酸钾水溶液的pH值为7～8.8时停通入二氧化碳气体；五、静置0.1h～30h后，把木材放于真空干燥箱中，在真空度为0.070MPa～0.095MPa、温度为40℃～140℃的条件下干燥10min～10h，得到超疏水性木材。
本实施方式把木材浸泡到甲基硅酸钾的水溶液中，通入二氧化碳气体，甲基硅酸钾与二氧化碳在木材表面原位反应，生成低表面能的硅烷，在木材表面形成一层超疏水层。该超疏水性木材与水的接触角大于150°，滚动角小于10°，具有超疏水性质，在木材表面形成的涂层，可以避免使用涂料带来的污染，而且该层无毒无异味，是一种环保材料，不会对人体健康和环境造成不良影响，使木材具备了自清洁功能的同时，还可以起到提高木材本身机械强度、物理、力学强度、克服木材自身易腐性、易燃性、尺寸不稳定性、各向异性、变异性、不耐候性的缺陷。经本实施方式的方法得到的超疏水性木材在木材表面原位生成硅烷，本实施方式的方法工艺简单，不需要加压处理，更不用复杂的专用设备，生产成本低，能耗小。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中甲基硅酸钾的浓度为1%～18%（质量）。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中甲基硅酸钾的浓度为10%（质量）。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中甲基硅酸钾的浓度为13%（质量）。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中木材浸没于甲基硅酸钾水溶液中保持8h～25h。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中木材浸没于甲基硅酸钾水溶液中保持12h。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中木材浸没于甲基硅酸钾水溶液中保持20h。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中甲基硅酸钾水溶液的温度为15℃～75℃、甲基硅酸钾水溶液的pH值为9.5～13。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中甲基硅酸钾水溶液的温度为25℃、甲基硅酸钾水溶液的pH值为10。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中甲基硅酸钾水溶液的温度为40℃、甲基硅酸钾水溶液的pH值为11。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中甲基硅酸钾水溶液的温度为50℃、甲基硅酸钾水溶液的pH值为12。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤四中当甲基硅酸钾水溶液的pH值为7.2～8.5时停通入二氧化碳气体。其它与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：步骤四中当甲基硅酸钾水溶液的pH值为7.8时停通入二氧化碳气体。其它与具体实施方式一至十一之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：步骤四中当甲基硅酸钾水溶液的pH值为8.2时停通入二氧化碳气体。其它与具体实施方式一至十一之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的是：步骤五中静置时间为1h～24h。其它与具体实施方式一至十三之一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是：步骤五中静置时间为12h。其它与具体实施方式一至十四之一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是：步骤五中静置时间为16h。其它与具体实施方式一至十四之一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是：步骤五中静置时间为20h。其它与具体实施方式一至十四之一相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一至十七之一不同的是：步骤五中木材在真空度为0.075MPa～0.090MPa、温度为50℃～130℃的条件下干燥1h～8h。其它与具体实施方式一至十七之一相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一至十八之一不同的是：步骤五中木材在真空度为0.080MPa、温度为80℃的条件下干燥6h。其它与具体实施方式一至十八之一相同。
具体实施方式二十：本实施方式的一种超疏水性木材的制备方法按以下步骤进行：一、按甲基硅酸钾的浓度为0.6%（质量）配制甲基硅酸钾水溶液；二、将木材浸没于经步骤一制备的甲基硅酸钾水溶液中保持12h；三、在保持甲基硅酸钾水溶液的温度为室温的条件下，调节甲基硅酸钾水溶液的pH值为10；四、向甲基硅酸钾水溶液中通入二氧化碳气体，当甲基硅酸钾水溶液的pH值为8时停通入二氧化碳气体；五、静置16h后，把木材放于真空干燥箱中，在真空度为0.090MPa、温度为80℃的条件下干燥5h，得到超疏水性木材。
本实施方式中步骤二中所述的木材为杨木。
本实施方式该超疏水性木材与水的接触角为155°，滚动角为4°，具有超疏水性质，在木材表面形成的涂层，可以避免使用涂料带来的污染，而且该层无毒无异味，是一种环保材料，不会对人体健康和环境造成不良影响，使木材具备了自清洁功能的同时，还可以起到提高木材本身机械强度、物理、力学强度、克服木材自身易腐性、易燃性、尺寸不稳定性、各向异性、变异性、不耐候性的缺陷。经本发明的方法得到的超疏水性木材在木材表面原位生成硅烷，本发明的方法工艺简单，不需要加热、加压处理，更不用复杂的专用设备，生产成本低，能耗小。
具体实施方式二十一：本实施方式的一种超疏水性木材的制备方法按以下步骤进行：一、按甲基硅酸钾的浓度为10%（质量）配制甲基硅酸钾水溶液；二、将木材浸没于经步骤一制备的甲基硅酸钾水溶液中保持20h；三、在保持甲基硅酸钾水溶液的温度为室温的条件下，调节甲基硅酸钾水溶液的pH值为11；四、向甲基硅酸钾水溶液中通入二氧化碳气体，当甲基硅酸钾水溶液的pH值为8时停通入二氧化碳气体；五、静置2h后，把木材放于真空干燥箱中，在真空度为0.090MPa、温度为80℃的条件下干燥5h，得到超疏水性木材。
本实施方式中步骤二中所述的木材为松木。
本实施方式该超疏水性木材与水的接触角为158°，滚动角为3°，具有超疏水性质，在木材表面形成的涂层，可以避免使用涂料带来的污染，而且该层无毒无异味，是一种环保材料，不会对人体健康和环境造成不良影响，使木材具备了自清洁功能的同时，还可以起到提高木材本身机械强度、物理、力学强度、克服木材自身易腐性、易燃性、尺寸不稳定性、各向异性、变异性、不耐候性的缺陷。经本发明的方法得到的超疏水性木材在木材表面原位生成硅烷，本发明的方法工艺简单，不需要加热、加压处理，更不用复杂的专用设备，生产成本低，能耗小。
具体实施方式二十二：本实施方式的一种超疏水性木材的制备方法按以下步骤进行：一、按甲基硅酸钾的浓度为16%（质量）配制甲基硅酸钾水溶液；二、将木材浸没于经步骤一制备的甲基硅酸钾水溶液中保持20h；三、在保持甲基硅酸钾水溶液的温度为室温的条件下，调节甲基硅酸钾水溶液的pH值为12；四、向甲基硅酸钾水溶液中通入二氧化碳气体，当甲基硅酸钾水溶液的pH值为8.5时停通入二氧化碳气体；五、静置20h后，把木材放于真空干燥箱中，在真空度为0.090MPa、温度为80℃的条件下干燥5h，得到超疏水性木材。
本实施方式中步骤二中所述的木材为杨木。
本实施方式该超疏水性木材与水的接触角为157°，滚动角为3°，具有超疏水性质，在木材表面形成的涂层，可以避免使用涂料带来的污染，而且该层无毒无异味，是一种环保材料，不会对人体健康和环境造成不良影响，使木材具备了自清洁功能的同时，还可以起到提高木材本身机械强度、物理、力学强度、克服木材自身易腐性、易燃性、尺寸不稳定性、各向异性、变异性、不耐候性的缺陷。经本发明的方法得到的超疏水性木材在木材表面原位生成硅烷，本发明的方法工艺简单，不需要加热、加压处理，更不用复杂的专用设备，生产成本低，能耗小。
具体实施方式二十三：本实施方式的一种超疏水性木材的制备方法按以下步骤进行：一、按甲基硅酸钾的浓度为2%（质量）配制甲基硅酸钾水溶液；二、将木材浸没于经步骤一制备的甲基硅酸钾水溶液中保持10h；三、在保持甲基硅酸钾水溶液的温度为室温的条件下，调节甲基硅酸钾水溶液的pH值为11.5；四、向甲基硅酸钾水溶液中通入二氧化碳气体，当甲基硅酸钾水溶液的pH值为7.5时停通入二氧化碳气体；五、静置5h后，把木材放于真空干燥箱中，在真空度为0.090MPa、温度为80℃的条件下干燥5h，得到超疏水性木材。
本实施方式中步骤二中所述的木材为水曲柳。
本实施方式该超疏水性木材与水的接触角为157°，滚动角为4°，具有超疏水性质，在木材表面形成的涂层，可以避免使用涂料带来的污染，而且该层无毒无异味，是一种环保材料，不会对人体健康和环境造成不良影响，使木材具备了自清洁功能的同时，还可以起到提高木材本身机械强度、物理、力学强度、克服木材自身易腐性、易燃性、尺寸不稳定性、各向异性、变异性、不耐候性的缺陷。经本发明的方法得到的超疏水性木材在木材表面原位生成硅烷，本发明的方法工艺简单，不需要加热、加压处理，更不用复杂的专用设备，生产成本低，能耗小。
Claims (10)
1.一种超疏水性木材的制备方法，其特征在于一种超疏水性木材的制备方法按以下步骤进行：一、按甲基硅酸钾的质量百分浓度为0.1％～20％配制甲基硅酸钾水溶液；二、将木材浸没于经步骤一制备的甲基硅酸钾水溶液中保持5h～30h；三、在保持甲基硅酸钾水溶液的温度为10℃～80℃的条件下，调节甲基硅酸钾水溶液的pH值为9～13.5；四、向甲基硅酸钾水溶液中通入二氧化碳气体，当甲基硅酸钾水溶液的pH值为7～8.8时停通入二氧化碳气体；五、静置0.1h～30h后，把木材放于真空干燥箱中，在绝对真空度为0.070MPa～0.095MPa、温度为40℃～140℃的条件下干燥10min～10h，得到超疏水性木材。
2.根据权利要求1所述的一种超疏水性木材的制备方法，其特征在于步骤一中甲基硅酸钾的质量百分浓度为1％～18％。
3.根据权利要求1所述的一种超疏水性木材的制备方法，其特征在于步骤一中甲基硅酸钾的质量百分浓度为10％。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种超疏水性木材的制备方法，其特征在于步骤二中木材浸没于甲基硅酸钾水溶液中保持8h～25h。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种超疏水性木材的制备方法，其特征在于步骤二中木材浸没于甲基硅酸钾水溶液中保持20h。
6.根据权利要求4所述的一种超疏水性木材的制备方法，其特征在于步骤三中甲基硅酸钾水溶液的温度为15℃～75℃、甲基硅酸钾水溶液的pH值为9.5～13。
7.根据权利要求4所述的一种超疏水性木材的制备方法，其特征在于步骤三中甲基硅酸钾水溶液的温度为25℃、甲基硅酸钾水溶液的pH值为10。
8.根据权利要求1、2、3或6所述的一种超疏水性木材的制备方法，其特征在于步骤四中当甲基硅酸钾水溶液的pH值为7.2～8.5时停通入二氧化碳气体。
9.根据权利要求8所述的一种超疏水性木材的制备方法，其特征在于步骤五中静置时间为1h～24h。
10.根据权利要求1、2、3、6或9所述的一种超疏水性木材的制备方法，其特征在于步骤五中木材在绝对真空度为0.075MPa～0.090MPa、温度为50℃～130℃的条件下干燥1h～8h。
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