一种木材表面疏水处理方法
技术领域
本发明属于木材处理技术领域,具体涉及一种木材表面疏水处理方法。
背景技术
木材作为古老而又年轻的绿色环保材料,广泛应用于日常生活中,如木结构房屋、木船、木雕、桌椅用具等,木材主要是由纤维素、半纤维素、木质素等组成,纤维素、半纤维素富含具有强吸湿性的羟基等基团,因此木材具有很强的吸水性,很容易导致其出现易腐烂、虫蛀、变形,尺寸稳定性差等问题。木材的这些性质使得木材的使用寿命受到很多环境因素的制约,如潮湿的空气、酸雨等。木材表面疏水处理,赋予木材表面防水功能,能够有效的拓宽木材在生产、生活中的应用范围,延长木材的使用寿命,受到了学者们的广泛关注。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题,提供了一种木材表面疏水处理方法。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种木材表面疏水处理方法,包括以下步骤:
(1)预处理:采用砂纸对木材表面进行打磨,然后在采用无水乙醇对木材表面进行清洗,然后在采用去离子水对木材表面进行清洗,然后烘干;
(2)微波处理:对步骤(1)处理的木材进行微波加热处理,同时,以木材轴心进行转动,微波加热处理8-12min后;
(3)真空浸渍:将浸渍液添加到真空浸渍罐中,然后将步骤(2)处理后的木材立即放入真空浸渍罐中,在80-90℃下处理40-50min,然后取出,快速进行烘干;所述浸渍液按重量份计由以下成分制成:二羟甲基乙烯脲6-8、1,2,3,4-四羧酸丁烷4-6,衣康酸0.15-0.18、改性纳米二氧化硅5-7、乙醇50-60、去离子水50-60;
(4)低温等离子体处理:将步骤(3)处理后的木材进行低温等离子体处理,处理气体为氨气,处理压力为102Pa,处理时间为3-5min;所述氨气中含有氯气。
进一步的,所述步骤(1)中采用砂纸对木材表面进行打磨具体为:分别依次采用400目、600目、1800目、2500目砂纸对木材表面进行打磨,每次打磨的时间为5-10min。
进一步的,所述步骤(2)中所述微波功率为800W,微波处理时间为10min。
进一步的,所述步骤(2)中以木材轴心转动,转动速度为120r/min。
进一步的,所述步骤(3)中真空浸渍罐中真空度为0.05MPa,浸渍液占真空浸渍罐体积的五分之三。
进一步的,所述步骤(3)中改性纳米二氧化硅制备方法为:
a将5重量份的鳞片石墨,130重量份的质量分数为10%的十二烷基磺酸钠溶液均匀混合,于65℃下搅拌4小时,然后进行过滤,真空干燥得到活化石墨烯;
b将0.4重量份的羟基乙酸溶于20重量份的去离子水中,随后加入10重量份的乙醇,再依次加入3重量份的活化石墨烯、0.2重量份的三羟基丙烷,混合均匀得到改性液;
c按10g:300mL的比例将纳米二氧化硅与步骤b制备的改性液均匀混合到一起,然后超声分散后,加热至90℃,保温2小时,然后进行过滤,采用去离子水清洗至中性,烘干至恒重,即得。
进一步的,所述步骤(4)中氨气中含有其体积2.5%的氯气。
采用所述木材表面疏水处理方法处理后的木材,能够应用于茶几、桌椅的制备。
本发明相比现有技术具有以下优点:本发明通过采用不同目数的砂纸从小到大逐渐打磨木材表面,能够得到表面更加光滑的木材,同时,能够去除木材表面原有的凹孔和凸部,然后通过采用无水乙醇与清水分别对木材表面进行清洗,能够有效的对木材表面的污渍进行去除,然后通过对木材进行微波加热处理,能够有效的将木材内部的树脂进行融化,同时通过将木材以轴心低速转动,能够将木材内部融化的树脂均匀的积聚在木材层,然后再对木材进行真空浸渍处理,通过浸渍液中的二羟甲基乙烯脲、1,2,3,4-四羧酸丁烷、衣康酸协同作用,能够使得木材表层中的树脂与木材纤维结构相互交联,形成一层防护膜层,同时通过添加的改性纳米二氧化硅的作用,能够使得防护膜层更加致密,改性纳米二氧化硅能够在防护膜层中起到桥梁连接的作用,能够有效的结合树脂分子,同时能够与木材表层纤维结构以化学键牢牢结合,使得形成的防护膜层具有更好的牢度,由于形成的防护膜层表面不含羟基等活性基团,其疏水性得到显著的提高,同时,由于改性纳米二氧化硅和树脂的作用,能够有效的隔绝外界水分与木材纤维相接处,从而极大的提高了木材的耐腐蚀性能,最后经过低温等离子体处理,进一步的强化了木材表面防护膜层的耐老化性能,提高其使用寿命和防护效果。
具体实施方式
实施例1
一种木材表面疏水处理方法,包括以下步骤:
(1)预处理:采用砂纸对木材表面进行打磨,然后在采用无水乙醇对木材表面进行清洗,然后在采用去离子水对木材表面进行清洗,然后烘干;
(2)微波处理:对步骤(1)处理的木材进行微波加热处理,同时,以木材轴心进行转动,微波加热处理8min后;
(3)真空浸渍:将浸渍液添加到真空浸渍罐中,然后将步骤(2)处理后的木材立即放入真空浸渍罐中,在80℃下处理40min,然后取出,快速进行烘干;所述浸渍液按重量份计由以下成分制成:二羟甲基乙烯脲6、1,2,3,4-四羧酸丁烷4,衣康酸0.15、改性纳米二氧化硅5、乙醇50、去离子水50;
(4)低温等离子体处理:将步骤(3)处理后的木材进行低温等离子体处理,处理气体为氨气,处理压力为102Pa,处理时间为3min;所述氨气中含有氯气。
进一步的,所述步骤(1)中采用砂纸对木材表面进行打磨具体为:分别依次采用400目、600目、1800目、2500目砂纸对木材表面进行打磨,每次打磨的时间为5-10min。
进一步的,所述步骤(2)中所述微波功率为800W,微波处理时间为10min。
进一步的,所述步骤(2)中以木材轴心转动,转动速度为120r/min。
进一步的,所述步骤(3)中真空浸渍罐中真空度为0.05MPa,浸渍液占真空浸渍罐体积的五分之三。
进一步的,所述步骤(3)中改性纳米二氧化硅制备方法为:
a将5重量份的鳞片石墨,130重量份的质量分数为10%的十二烷基磺酸钠溶液均匀混合,于65℃下搅拌4小时,然后进行过滤,真空干燥得到活化石墨烯;
b将0.4重量份的羟基乙酸溶于20重量份的去离子水中,随后加入10重量份的乙醇,再依次加入3重量份的活化石墨烯、0.2重量份的三羟基丙烷,混合均匀得到改性液;
c按10g:300mL的比例将纳米二氧化硅与步骤b制备的改性液均匀混合到一起,然后超声分散后,加热至90℃,保温2小时,然后进行过滤,采用去离子水清洗至中性,烘干至恒重,即得。
进一步的,所述步骤(4)中氨气中含有其体积2.5%的氯气。
实施例2
一种木材表面疏水处理方法,包括以下步骤:
(1)预处理:采用砂纸对木材表面进行打磨,然后在采用无水乙醇对木材表面进行清洗,然后在采用去离子水对木材表面进行清洗,然后烘干;
(2)微波处理:对步骤(1)处理的木材进行微波加热处理,同时,以木材轴心进行转动,微波加热处理12min后;
(3)真空浸渍:将浸渍液添加到真空浸渍罐中,然后将步骤(2)处理后的木材立即放入真空浸渍罐中,在90℃下处理50min,然后取出,快速进行烘干;所述浸渍液按重量份计由以下成分制成:二羟甲基乙烯脲8、1,2,3,4-四羧酸丁烷6,衣康酸0.18、改性纳米二氧化硅7、乙醇60、去离子水60;
(4)低温等离子体处理:将步骤(3)处理后的木材进行低温等离子体处理,处理气体为氨气,处理压力为102Pa,处理时间为5min;所述氨气中含有氯气。
进一步的,所述步骤(1)中采用砂纸对木材表面进行打磨具体为:分别依次采用400目、600目、1800目、2500目砂纸对木材表面进行打磨,每次打磨的时间为5-10min。
进一步的,所述步骤(2)中所述微波功率为800W,微波处理时间为10min。
进一步的,所述步骤(2)中以木材轴心转动,转动速度为120r/min。
进一步的,所述步骤(3)中真空浸渍罐中真空度为0.05MPa,浸渍液占真空浸渍罐体积的五分之三。
进一步的,所述步骤(3)中改性纳米二氧化硅制备方法为:
a将5重量份的鳞片石墨,130重量份的质量分数为10%的十二烷基磺酸钠溶液均匀混合,于65℃下搅拌4小时,然后进行过滤,真空干燥得到活化石墨烯;
b将0.4重量份的羟基乙酸溶于20重量份的去离子水中,随后加入10重量份的乙醇,再依次加入3重量份的活化石墨烯、0.2重量份的三羟基丙烷,混合均匀得到改性液;
c按10g:300mL的比例将纳米二氧化硅与步骤b制备的改性液均匀混合到一起,然后超声分散后,加热至90℃,保温2小时,然后进行过滤,采用去离子水清洗至中性,烘干至恒重,即得。
进一步的,所述步骤(4)中氨气中含有其体积2.5%的氯气。
实施例3
一种木材表面疏水处理方法,包括以下步骤:
(1)预处理:采用砂纸对木材表面进行打磨,然后在采用无水乙醇对木材表面进行清洗,然后在采用去离子水对木材表面进行清洗,然后烘干;
(2)微波处理:对步骤(1)处理的木材进行微波加热处理,同时,以木材轴心进行转动,微波加热处理10min后;
(3)真空浸渍:将浸渍液添加到真空浸渍罐中,然后将步骤(2)处理后的木材立即放入真空浸渍罐中,在85℃下处理45min,然后取出,快速进行烘干;所述浸渍液按重量份计由以下成分制成:二羟甲基乙烯脲7、1,2,3,4-四羧酸丁烷5,衣康酸0.16、改性纳米二氧化硅6、乙醇55、去离子水55;
(4)低温等离子体处理:将步骤(3)处理后的木材进行低温等离子体处理,处理气体为氨气,处理压力为102Pa,处理时间为4min;所述氨气中含有氯气。
进一步的,所述步骤(1)中采用砂纸对木材表面进行打磨具体为:分别依次采用400目、600目、1800目、2500目砂纸对木材表面进行打磨,每次打磨的时间为5-10min。
进一步的,所述步骤(2)中所述微波功率为800W,微波处理时间为10min。
进一步的,所述步骤(2)中以木材轴心转动,转动速度为120r/min。
进一步的,所述步骤(3)中真空浸渍罐中真空度为0.05MPa,浸渍液占真空浸渍罐体积的五分之三。
进一步的,所述步骤(3)中改性纳米二氧化硅制备方法为:
a将5重量份的鳞片石墨,130重量份的质量分数为10%的十二烷基磺酸钠溶液均匀混合,于65℃下搅拌4小时,然后进行过滤,真空干燥得到活化石墨烯;
s将0.4重量份的羟基乙酸溶于20重量份的去离子水中,随后加入10重量份的乙醇,再依次加入3重量份的活化石墨烯、0.2重量份的三羟基丙烷,混合均匀得到改性液;
c按10g:300mL的比例将纳米二氧化硅与步骤b制备的改性液均匀混合到一起,然后超声分散后,加热至90℃,保温2小时,然后进行过滤,采用去离子水清洗至中性,烘干至恒重,即得。
进一步的,所述步骤(4)中氨气中含有其体积2.5%的氯气。
对比例1:与实施例1区别仅在于不经过步骤(1)处理。
对比例2:与实施例1区别仅在于不经过步骤(2)处理。
对比例3:与实施例1区别仅在于不经过步骤(3)处理。
对比例4:与实施例1区别仅在于不经过步骤(4)处理。
试验
以年轮相同的杨木为材料,规格为直径5cm,长度为30cm,随机分成7组,其中7组分别采用实施例与对比例对杨木进行处理;
疏水性能: 疏水性能通过测定木材表面水接触角进行评价,采用静态接触角测量仪( JC2000D,中国) 进行接触角测试,水滴体积 5μL,当水滴在木材表面停留60s后读数,每个样品测 6个点,取平均值;
表1
|
接触角/° |
实施例1 |
155.3 |
实施例2 |
154.9 |
实施例3 |
155.1 |
对比例1 |
154.0 |
对比例2 |
136.5 |
对比例3 |
112.8 |
对比例4 |
146.9 |
由表1可以看出,本发明方法处理后的木材表面疏水性能得到显著的提高;
对上述试验处理后的木材进行防腐效果检测;
依照GB/T13942.1-2009标准进行,检测木腐菌对木材的侵染而引起的木材质量损失,以评定木材的耐腐蚀等级;
试验菌种为:绵腐卧孔菌或木霉菌;
温度26℃,湿度80%,时间12周;
评定等级:
表2
质量损失率a% |
耐腐效果 |
耐腐等级 |
0≤a<10 |
强耐腐 |
一级 |
10≤a<24 |
耐腐 |
二级 |
24≤a<44 |
稍耐腐 |
三级 |
44≤ a |
不耐腐 |
四级 |
表3
|
耐腐等级 |
实施例1 |
一级 |
实施例2 |
一级 |
实施例3 |
一级 |
对比例1 |
二级 |
对比例2 |
三级 |
对比例3 |
三级 |
对比例4 |
二级 |
由表3可以看出,本发明方法处理木材后,能够有效的提高木材的防腐效果。