CN110154185A - 一种以乙醇为分散剂的双组份木材超疏水改性液 - Google Patents

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Abstract

本发明属于木材保护的技术领域，具体涉及一种以乙醇为分散剂的双组份木材超疏水改性液。具体步骤为：将无水乙醇、含氢硅油、白炭黑、抑制剂配制成A组份，将无水乙醇、白炭黑、催化剂配制成B组份；然后将A、B组份混合搅拌均匀；最后采用浸渍或喷涂的方法在木材表面涂覆改性液，干燥后得到超疏水木材。该改性液以乙醇为分散剂并设计为双组份，具有毒性低和储存等优点。采用该改性液涂覆的木材具有超疏水特性，可以有效的抑制其从环境中吸收水分，从而提高了木材的使用寿命。

Description

一种以乙醇为分散剂的双组份木材超疏水改性液
技术领域
本发明属于木材保护的技术领域，具体涉及一种以乙醇为分散剂的双组份木材超疏水改性液。
背景技术
木材作为一种可再生的生物质材料被广泛应用。但是，木材在使用过程中往往因水分的存在而导致变形、腐朽和变色等问题。为了避免这些问题的产生，提高木材的使用性能，需要对木材改性。传统的改性方法包括涂漆、使用防腐剂等。近年来，基于“荷叶效应”在木材表面构筑超疏水表面的技术不断被应用于木材的保护。超疏水涂层能够抑制木材对水分的吸收，从而达到防腐和抗污的效果。但是，传统的方法存在改性剂成本高、分散剂毒性较大等缺点。本发明涉及一种以乙醇为分散剂的双组份木材超疏水改性液。与传统技术相比，具有如下特点：（1）采用乙醇做分散剂，避免气味刺激且毒性较大的有机溶剂的使用，具有低毒环保的等特点；（2）改性液设计为A、B双组份，改性液储存寿命长，使用方便；（3）改性液的原料均为大批量工业化生产的化工原料，具有成本低、可大批量生产的特点。采用本发明涉及的改性液改性的木材具有超疏水特性，能够有效抑制木材从环境中吸收水分，从而提高了木材的使用寿命；同时，改性木材具有良好的自清洁性和抗污性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以乙醇为分散剂的双组份木材超疏水改性液，其具有毒性低和易储存等优点；同时，改性液在改性木材时具有工艺简单和效果显著等优点，在提高木材疏水性能的同时拓宽其在户外的应用范围。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种制备超疏水木材的方法具体步骤如下：
（1）制备A、B双组份溶液：将无水乙醇、含氢硅油、白炭黑和抑制剂按质量比（35-60）:（1.2-7.5）:（0.2-3.5）:（0.005-0.5）加入到容器中混合均匀，通过超声分散均匀后，得到A溶液；将无水乙醇、白炭黑和催化剂按质量比（35-60）:（0.2-3.5）:（0.05-0.5）加入到容器中混合均匀，通过超声分散均匀后，得到B溶液；
（2）木材改性：将A、B双组份改性液以质量比为0.5:1~2:1混合均匀；采用浸渍、喷涂或涂刷的方法在木材表面涂覆改性液；最后改性木材在25-160℃干燥至乙醇完全挥发。
步骤（1）所述的所述含氢硅油为端含氢硅油、全氢硅油和侧含氢硅油的一种或多种，含氢硅油的含氢量为0.01%-1.6%；白炭黑为沉淀法白炭黑、气相法白炭黑、疏水改性的沉淀法白炭黑或疏水改性的气相法白炭黑；催化剂为市售的Karstedt铂金催化剂，其主要有效成份为Pt与二乙烯基四甲基二硅氧烷的络合物；抑制剂为乙炔基环已醇或四乙烯基四甲基环四硅氧烷。
步骤（2）所述的浸渍工艺为将木块先浸入到改性液中，浸泡的时间为3-60 min；喷涂或涂刷步骤为采用喷涂或涂刷工艺在木材表面涂覆改性液，改性液的涂覆量为50-200g/m2。
本发明的关键技术之一是，设计一种常温常压下可以在木材表面构筑基于“荷叶效应”的超疏水表面的改性液，其主要成份为含氢硅油和白炭黑；其中，白炭黑构筑粗糙表面，而含氢硅油降低表面能，二者缺一不可。其反应机理为含氢硅油的-Si-H键在Kastredt催化剂的作用下，于常温常压的条件下与白炭黑表面的羟基发生脱氢气反应，从而与白炭黑形成具有不同结构的聚集形态，在木材表面形成类似荷叶的具有低表面能的粗糙结构，从而实现超疏水和自清洁特性。
本发明的关键技术之二是，将改性液设计成双组份的形式，避免了有机非极性有机溶剂的使用。本发明若采用传统的思路，可将含氢硅油、白炭黑和催化剂分散于非极性有机溶剂（如甲苯、四氢呋喃等有机溶剂中），制成单组份的改性液；如此将带来环境污染，甲苯和四氢呋喃等的挥发对人体有害。因此，本发明采用乙醇为分散剂代替非极性有机溶剂的使用。但是，乙醇含有羟基，在Kastredt催化剂的作用下同样能与含氢硅油发生脱氢气反应，从而导致改性液失效。本发明通过双组份设计，将含氢硅油和Kastredt催化剂分别放置于A、B组份，避免在储存过程中发生反应。
本发明的关键技术之三是，向改性液中引入抑制剂。抑制剂的作用之一是为了避免A、B组份混合后快速发生反应而造成改性液失效；另一作用是木材涂覆改性液后，留有充足的时间供乙醇挥发，待乙醇挥发后，木材表面含氢硅油和白炭黑再发生反应，完成超疏水表面的构筑。
本发明的有益效果：提供一种常温常压下在木材表面构筑超疏水表面的改性液，同时改性液具有低毒环保、易储存、易施工和经济、高效等优点。本发明涉及的改性液具备现场施工的特性，可应用于木建筑、木质文物的防腐保护等领域。
附图说明
图1为对比例和实施例木材的水接触角对比图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
对比例
对木块不做改性处理，只放置于100℃烘干100 min。
实施例1
（1）向容器中加入35 g无水乙醇、1.5g含氢硅油、1.2 g白炭黑和0.008 g乙炔基环已醇，超声分散均匀后，得到改性液A。向另一容器中加入35 g无水乙醇、0.8 g白炭黑和0.05g催化剂，超声分散均匀后，得到改性液B。
（2）取一塑料广口容器（如烧杯），加入15 g的改性液A和30 g的改性液B，混合均匀。
（3）木材的表面疏水改性：将木块浸入到改性液中3 min。
（4）改性木块的干燥：将步骤（3）浸泡好的木块放置于50℃干燥120 min。
实施例2
（1）向容器中加入50 g无水乙醇、3 g含氢硅油、2 g白炭黑和0.2g四乙烯基四甲基环四硅氧烷，超声分散均匀后，得到改性液A。向另一容器中加入50 g无水乙醇、2.2 g白炭黑和0.1 g催化剂，超声分散均匀后，得到改性液B。
（2）取一塑料广口容器（如烧杯），加入50 g的改性液A和50 g的改性液B，混合均匀。
（3）木材的表面疏水改性：将木块浸入到改性液中10 min。
（4）改性木块的干燥：将步骤（3）浸泡好的木块放置于90℃干燥60 min。
实施例3
（1）向容器中加入60 g无水乙醇、7 g含氢硅油、3 g白炭黑和0.03g乙炔基环已醇，超声分散均匀后，得到改性液A。向另一容器中加入60 g无水乙醇、3.5 g白炭黑和0.15 g催化剂，超声分散均匀后，得到改性液B。
（2）取一塑料广口容器（如烧杯），加入60 g的改性液A和30 g的改性液B，混合均匀。
（3）木材的表面疏水改性：将木块浸入到改性液中15 min。
（4）改性木块的干燥：将步骤（3）浸泡好的木块放置于120℃干燥30 min。
实施例4
（1）向容器中加入45 g无水乙醇、1.8 g含氢硅油、1.5 g白炭黑和0.5g四乙烯基四甲基环四硅氧烷，超声分散均匀后，得到改性液A。向另一容器中加入40 g无水乙醇、2 g白炭黑和0.15 g催化剂，超声分散均匀后，得到改性液B。
（2）取一塑料广口容器（如烧杯），加入40 g的改性液A和30 g的改性液B，混合均匀。
（3）木材的表面疏水改性：采用涂刷工艺在木材表面涂覆改性液，改性液的涂覆量为60 g/m2。
（4）改性木块的干燥：将步骤（3）涂刷好的木块放置于90℃干燥60 min。
对比例1至实施例4得到的木块进行水接触角测定，结果如附图1所示。对比例1至实施例4得到的木块进行水接触角测定，结果分别对应图1中的（a）、（b）、（c）、（d）、（e），水接触角结果表明，未改性木块接触角仅为36.3º，疏水性能差；而经AB双组份改性液浸泡处理的木块疏水性能得到显著提高，均达到了超疏水。超疏水木材在使用过程中具有防水和自清洁的功能，能够显著减缓木材因吸水而引起的腐烂问题以及具有良好的抗污性。
以上所述实施例仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及思想的，或直接或间接的运用在其他相关技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围的。

Claims (10)

1.一种以乙醇为分散剂的双组份木材超疏水改性液，其特征在于：所述改性液为A、B双组份，A组份由无水乙醇、含氢硅油、白炭黑和抑制剂组成，B组份由无水乙醇、白炭黑和催化剂组成；其使用步骤为：将A组份和B组份按比例混合，搅拌均匀；然后通过浸渍、喷涂或涂刷方法在木材表面涂覆改性液，最后进行干燥处理得到超疏水木材。
2.根据权利要求1所述的一种以乙醇为分散剂的双组份木材超疏水改性液，其特征在于：所述含氢硅油为端含氢硅油、全氢硅油和侧含氢硅油的一种或多种，含氢硅油的含氢量为0.01%-1.6%。
3.根据权利要求1所述的一种以乙醇为分散剂的双组份木材超疏水改性液，其特征在于：白炭黑为沉淀法白炭黑、气相法白炭黑、疏水改性的沉淀法白炭黑或疏水改性的气相法白炭黑。
4.根据权利要求1所述的一种以乙醇为分散剂的双组份木材超疏水改性液，其特征在于：所述抑制剂为乙炔基环已醇或四乙烯基四甲基环四硅氧烷。
5.根据权利要求1所述的一种以乙醇为分散剂的双组份木材超疏水改性液，其特征在于：催化剂为市售的Karstedt铂金催化剂。
6.根据权利要求1所述的一种以乙醇为分散剂的双组份木材超疏水改性液，其特征在于：A组份中无水乙醇、含氢硅油、白炭黑、抑制剂的质量比为（35-60）:（1.2-7.5）:（0.2-3.5）:（0.005-0.5）；B组份中无水乙醇、白炭黑、催化剂的质量比为（35-60）:（0.2-3.5）:（0.05-0.5）。
7.根据权利要求1所述的一种以乙醇为分散剂的双组份木材超疏水改性液，其特征在于：A组份和B组份混合时的质量比为0.5:1-2:1。
8.根据权利要求1所述的一种以乙醇为分散剂的双组份木材超疏水改性液，其特征在于：浸渍方法具体为：将木块直接浸入到改性液中，浸泡的时间为3-60 min。
9.根据权利要求1所述的一种以乙醇为分散剂的双组份木材超疏水改性液，其特征在于：喷涂或涂刷方法具体为：采用喷涂或涂刷工艺在木材表面涂覆改性液，改性液的涂覆量为50-200 g/m2。
10.根据权利要求1所述的一种以乙醇为分散剂的双组份木材超疏水改性液，其特征在于：所述干燥处理的温度为25-160℃。
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