CN110936452A - 一种典型针叶材超疏水表面的构筑方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种典型针叶材超疏水表面的构筑方法，包括如下步骤：步骤S1，基材表面预处理；步骤S2，纳米Cu2O改性酚醛树脂共混液制备；步骤S3，稀释和喷涂处理；步骤S4，硬脂酸乙醇溶液常压浸渍。本发明提以酚醛树脂胶粘剂为载体、纳米Cu2O为疏水材料，采用喷涂法，结合低表面能物质硬脂酸，对典型针叶材进行超疏水表面的构筑改性，疏水效果佳。本发明喷涂工艺简单易行，原料价格低廉，纳米Cu2O为酚醛树脂胶粘剂合成过程中同时生成，显著降低了典型针叶材超疏水表面的制备成本，具有成本低、易操作且疏水防护效果佳的特点，可规模化生产，应用前景广阔，实用性佳，具有较高的工业推广价值，为大批量、大尺寸超疏水木材的工业化生产提供了有利条件。

Description

一种典型针叶材超疏水表面的构筑方法
技术领域
本发明属于木材保护与改性技术领域，具体涉及一种典型针叶材超疏水表面的构筑方法。
背景技术
超疏水表面是指水静态接触角大于150°的固体表面，由于其在工业应用中具有重要意义，近年来受到了各行业的极大关注。超疏水表面和涂层的应用非常广泛，包括但不限于自清洁、耐污、防结冰、防雾、防水透气服装、防腐蚀涂料、油水分离、微流体减阻和液体运疏等。纤维素基超疏水材料的制备，作为目前的一个研究热点也引起了很多学者的注意。
木材具有重量轻、强度高、易加工、再生周期短、全球资源丰富等优点，尤其典型针叶材，其解剖分子比较简单，排列也比较规则，内部的管胞可提供机械支持，因此，针叶材在住宅、家具等方面的用途也不断得到拓展，一直是建筑行业中必不可少的工程材料。但因组分中含有羟基等大量亲水基团，使其产生极强的吸水性，所以，木制品在实际应用中易于出现干缩湿胀、生物耐久性低等弊端，缩短和降低了木材的使用寿命及性能。此外，木材是一种各向异性材料，同一方法对不同切面处理时可能存在不同的改性效果。根据以往的研究，制备超疏水表面有两种途径：（1）在低表面自由能物质表面构筑微纳米级粗糙度；（2）用低表面自由能材料对粗糙基底进行化学改性；途径一的制备方法成本较高，途径二的制备方法操作繁杂，上述两途径均存在不能同时在木材横、径、弦三切面构筑超疏水表面的技术缺陷。
因此，研发一种低成本、易操作且在木材横、径、弦三切面均能构筑超疏水表面的方法，就成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种典型针叶材超疏水表面的构筑方法，以酚醛树脂胶粘剂为载体、纳米Cu2O为疏水材料，通过喷涂法，结合低表面能物质硬脂酸，可在典型针叶材横、径、弦三个切面上实现超疏水表面的构筑，疏水效果佳且操作简便，纳米Cu2O为酚醛树脂胶粘剂合成过程中同时生成，显著降低了典型针叶材超疏水表面的制备成本，实用性佳，利于规模化生产，应用前景广阔。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种典型针叶材超疏水表面的构筑方法，包括如下步骤：
步骤S1，基材表面预处理：先用砂纸对典型针叶材基材的表面进行砂光处理，再用空压机压力吹扫表面，随后依次用蒸馏水、医用酒精清洗表面，以除去表面的灰尘和杂质，再将典型针叶材基材置于烘箱内干燥，干燥完毕后保存待喷涂；
步骤S2，纳米Cu2O改性酚醛树脂共混液制备：将纯度为100%的苯酚（80℃水浴条件下提前溶解）、浓度为40%的氢氧化钠水溶液（加入量占氢氧化钠水溶液总用量的17%-22%）和蒸馏水依次加入烧瓶中，在55℃下匀速搅拌，保温15min；随后将浓度为37%的甲醛水溶液（加入量占甲醛水溶液总用量的67%-75%）分6次等量加入烧瓶中，每次加注间隔15min，待甲醛水溶液添加完毕后，升温至95℃，保温15min；随后降温至85℃，再次加入浓度为40%的氢氧化钠水溶液（加入量占氢氧化钠水溶液总用量的5%-8%）和浓度为37%的甲醛水溶液（加入量占甲醛水溶液总用量的25%-33%，分3次等量加入，且每次加注间隔15min），升温至95℃，保温30min；随后降温至75℃，依次加入浓度为40%的氢氧化钠水溶液（加入量占氢氧化钠水溶液总用量的69%-75%）、表面活性剂和胶体保护剂，保温5min，再滴加氯化铜（CuCl2·2H2O）水溶液，各原料的质量比为苯酚∶氢氧化钠∶蒸馏水∶甲醛∶氯化铜=（3.3-4）∶（5.7-6.8）∶（1-1.2）∶（5.2-6.2）∶（7-8.4）；滴加完毕继续反应55min-70min，降至室温出料，制得纳米Cu2O改性酚醛树脂共混液，保存待用；
步骤S3，稀释和喷涂处理：先将步骤S2制得的纳米Cu2O改性酚醛树脂共混液进行稀释，再用喷枪将稀释后的纳米Cu2O改性酚醛树脂共混液喷涂在步骤S1预处理后的典型针叶材基材表面，喷涂时控制喷涂层数、时间间隔、喷涂距离和喷涂角度，喷涂完毕后，将喷涂后的典型针叶材基材置于烘箱内干燥；
步骤S4，硬脂酸乙醇溶液常压浸渍：将硬脂酸（SA）固体颗粒和无水乙醇依次加入烧瓶中，在40℃-80℃条件下匀速搅拌、溶解并保温，制得硬脂酸乙醇溶液；将步骤S3干燥后的典型针叶材基材放入烧杯，倒入硬脂酸乙醇溶液，使典型针叶材基材完全浸渍于硬脂酸乙醇溶液以进行常压浸渍，再将常压浸渍后的典型针叶材基材置于烘箱内干燥。
进一步地，步骤S1中，所述砂纸目数为36目-200目，所述空压机吹扫时间为10s-60s，所述蒸馏水和所述医用酒精的清洗次数均为2次-5次，干燥温度为40℃-120℃，干燥时间为4 h -24 h。
进一步地，步骤S2中，所述氯化铜水溶液的浓度为30%-40%，滴加速率为2.0mL/min-4.5mL/min。
进一步地，步骤S2中，所述表面活性剂为六偏磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和硅烷偶联剂中的至少一种，且所述表面活性剂的用量为氯化铜水溶液质量的4‰-8‰。
进一步地，步骤S2中，所述胶体保护剂为浓度5%-8%的聚乙烯醇水溶液，其用量为苯酚用量的62%-70%。
进一步地，步骤S3中，稀释后的所述纳米Cu2O改性酚醛树脂共混液的固体含量为0.5%-10%。
进一步地，步骤S3中，喷涂方向与所述典型针叶材基材表面呈60°-90°，喷涂距离为30 cm -80cm，喷涂层数为4层-30层，各涂层间的喷涂时间间隔为5min-20min。
进一步地，步骤S3中的干燥温度为80℃-120℃，干燥时间为4 h -12h。
进一步地，步骤S4中，所述硬脂酸乙醇溶液的质量百分比为1wt%-10wt%，搅拌速率为300 r/min -500r/min，保温时间为0.5 h -2h。
进一步地，步骤S4中的常压浸渍时间为1h-6h，干燥温度为40℃-100℃，干燥时间为2 h -12h。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的典型针叶材超疏水表面的构筑方法，以酚醛树脂胶粘剂为载体、纳米Cu2O为疏水材料，通过喷涂法，结合低表面能物质硬脂酸，对典型针叶材（以马尾松为例，但不限于此）进行超疏水表面的构筑改性，疏水效果佳，从而实现了在典型针叶材表面进行纳米Cu2O超疏水涂层的制备。本发明的喷涂工艺简单易行、便于操作，本发明使用的原料氯化铜（CuCl2·2H2O）和硬脂酸，价格低廉，且与成品纳米氧化亚铜相比，纳米Cu2O为酚醛树脂胶粘剂合成过程中同时生成，显著降低了典型针叶材超疏水表面的制备成本。本发明具有成本低、易操作且疏水防护效果佳的特点，可规模化生产，应用前景广阔，实用性佳，具有较高的工业推广价值，为大批量、大尺寸超疏水木材的工业化生产提供了有利条件。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明中纳米Cu2O改性酚醛树脂共混液的制备原理示意图；
图3为本发明制得的纳米Cu2O颗粒的扫描电镜（SEM）图；
图4为本发明制得的纳米Cu2O颗粒的透视电镜（TEM）图
图5为本发明制得的纳米Cu2O颗粒的X射线光电能谱（XPS）图；
图6为本发明实施例1制得的马尾松超疏水横切面的水静态接触角测试图；
图7为本发明实施例2制得的马尾松超疏水横切面的水静态接触角测试图；
图8为本发明实施例3制得的马尾松超疏水横切面的水静态接触角测试图；
图9为本发明实施例4制得的马尾松超疏水横切面的水静态接触角测试图；
图10为本发明实施例5制得的马尾松超疏水径切面的水静态接触角测试图；
图11为本发明实施例6制得的马尾松超疏水径切面的水静态接触角测试图；
图12为本发明实施例7制得的马尾松超疏水径切面的水静态接触角测试图；
图13为本发明实施例8制得的马尾松超疏水径切面的水静态接触角测试图；
图14为本发明实施例9制得的马尾松超疏水弦切面的水静态接触角测试图；
图15为本发明实施例10制得的马尾松超疏水弦切面的水静态接触角测试图；
图16为本发明实施例11制得的马尾松超疏水弦切面的水静态接触角测试图；
图17为本发明实施例12制得的马尾松超疏水弦切面的水静态接触角测试图；
图18为本发明实施例1制得的马尾松超疏水横切面SEM图；
图19为本发明实施例5制得的马尾松超疏水径切面SEM图；
图20为本发明实施例9制得的马尾松超疏水弦切面SEM图；
图21为本发明超疏水表面的疏水效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细的说明。所述实施例的示例在附图中示出，在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，旨在用于解释本发明，而不构成为对本发明的限制。
实施例1
马尾松属于典型针叶材，因此，本实施例中，基材选用马尾松横切面，并以马尾松横切面作为喷涂面。本实施例提供的典型针叶材超疏水表面的构筑方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤S1，基材表面预处理：将马尾松加工为长×宽×高=25mm×20mm×8mm的木块，采用120目砂纸进行砂光处理，并用排气压力为0.7Mpa的空压机吹扫15s，随后用蒸馏水清洗2次、浓度为75%的医用酒精清洗2次，以除去基材表面的灰尘和杂质，最后在102℃的烘箱温度下干燥6h，保存待喷涂；
步骤S2，纳米Cu2O改性酚醛树脂共混液制备（制备原理如图2所示）：80℃条件下将纯度为100%的固体苯酚充分溶解，并称取76.3g，再称取浓度为40%的氢氧化钠水溶液24.3g、蒸馏水22.8g，将三者依次加入烧瓶中，在55℃下以650r/min匀速搅拌10min，随后称取浓度为37%的甲醛水溶液85g，分6次等量加入烧瓶中，每次加注间隔15min，甲醛水溶液添加完毕后，升温至95℃，保温15min，随后降温至85℃，再次加入8.3g、浓度为40%的氢氧化钠水溶液和33.4g、浓度为37%的甲醛水溶液（分3次加入，每次11.1g，且每次间隔15min），升温至95℃保温30min，随后降温至75℃，依次加入表面活性剂0.6g（其中，六偏磷酸钠的含量为20%，十二烷基苯磺酸钠的含量为20%，聚乙烯吡咯烷酮的含量为60%）、浓度为8%的聚乙烯醇水溶液50g和浓度为40%的氢氧化钠水溶液97.5g，保温5min，再以4.5mL/min的速率向反应体系中滴加160g、浓度为40%的氯化铜（CuCl2·2H2O）水溶液，滴加完毕后，继续反应55min，降温出料，纳米Cu2O改性酚醛树脂共混液制备完成，保存待用；
步骤S3，纳米Cu2O改性酚醛树脂共混液的稀释和喷涂处理：以蒸馏水为稀释溶剂，将步骤S2制得的纳米Cu2O改性酚醛树脂共混液稀释至固体含量0.7%，随后用喷枪将纳米Cu2O改性酚醛树脂共混稀释液喷涂于步骤S1的马尾松横切面基材上，喷涂距离为60cm，且垂直于基材表面喷涂，喷涂层数为12层，每层的喷涂间隔为10min，喷涂完毕，将喷涂后马尾松基材置于102℃的烘箱干燥6h；
步骤S4，硬脂酸乙醇溶液常压浸渍：称取硬脂酸固体颗粒5g，无水乙醇100g，加入烧瓶中，在60℃下以500r/min匀速搅拌速率溶解1h，制得质量分数为4.8wt%的硬脂酸乙醇溶液；将步骤S3干燥后的马尾松横切面基材放入烧杯，倒入步骤S4制得的硬脂酸乙醇溶液，使马尾松横切面基材完全浸渍于硬脂酸乙醇溶液中以进行常压浸渍，浸渍2h后，取出置于80℃烘箱内干燥6h，制得具有超疏水表面的改性马尾松横切面材。
上述方法制备的改性马尾松横切面的扫描电镜SEM图如图18所示，其性能如下：
（1）改性马尾松横切面的水静态接触角为154°（测试水滴为4μL），获得了超疏水表面性能，处理结果如图6所示；
（2）在承载4kPa压力的情况下，经过800目砂纸反复摩擦10次（每次摩擦距离为20cm），其水静态接触角减小值低于5°，表明本发明构筑的超疏水表面具有良好的机械耐磨性；
（3）与原始马尾松横切面（4μL水滴在20s内全部渗入木材）相比，4μL水滴可在改性马尾松横切面上持续放置超过50min而不发生渗透现象，有效降低了马尾松横切面的水渗透性；
（4）将4μL不同pH值的液体直接作为水静态接触角测试液，测定其与改性马尾松横切面的水静态接触角，当pH值不超过12时，改性马尾松横切面的水静态接触角变化均不明显，上下波动范围在0°-5.1°之间（测试液pH值在1-11之间时，水静态接触角均高于150°；测试液pH值为12时，水静态接触角为148.8°），仍具有显著的疏水性能，有效阻止了酸（碱）性液体对马尾松横切面的侵蚀；
（5）将改性马尾松横切面浸泡于pH=2的酸性溶液中，经过12h浸泡处理后，其水静态接触角减小值低于5°，仍具有显著的疏水性能，表明本发明构筑的超疏水表面具有持续抗强酸侵蚀能力；
（6）将改性马尾松横切面浸泡于pH=12的碱性溶液中，经过12h浸泡处理后，其水静态接触角降至139.2°，仍具有显著的疏水性能，表明本发明构筑的超疏水表面具有持续抗强碱侵蚀能力。
由上述可知，本发明所使用的纳米Cu2O是在酚醛树脂胶粘剂的合成过程中同步制备的，且在制备过程中，酚醛树脂胶粘剂可包裹纳米Cu2O颗粒，可做为典型针叶材表面与纳米Cu2O颗粒之间的粘结材料，有效增强了超疏水表面的稳定性。图3、图4和图5分别为本发明制得的纳米Cu2O颗粒的扫描电镜（SEM）图、透视电镜（TEM）图和X射线光电能谱（XPS）图，由图中可知，本发明制得的纳米Cu2O颗粒为二十四面体，结构对称，比表面积大，喷涂后在预处理后的基材表面无论以何种方式沉降，均能出现朝上的颗粒尖端，易于在典型针叶材表面构筑微纳米级粗糙结构，该微纳米级粗糙结构正是决定典型针叶材疏水性的关键因素。
实施例2
本实施例与实施例1的具体实施步骤均相同，其不同之处在于：步骤S2中加入的表面活性剂0.55g（其中，六偏磷酸钠的含量为20%，硅烷偶联剂KH550的含量为20%，聚乙烯吡咯烷酮的含量为60%），浓度为7%的聚乙烯醇水溶液50g；步骤S3中纳米Cu2O改性酚醛树脂共混稀释液的喷涂层数为8层；步骤S4中硬脂酸乙醇溶液常压浸渍时间为3h。实施例2制得的改性马尾松横切面水静态接触角为151.5°（测试水滴为4μL），获得了超疏水表面性能，处理结果如图7所示。
实施例3
本实施例与实施例1的具体实施步骤相同，其不同之处在于：步骤S2中加入的表面活性剂0.5g（其中，六偏磷酸钠的含量为20%，硅烷偶联剂KH550的含量为20%，聚乙烯吡咯烷酮的含量为60%），浓度为7.5%的聚乙烯醇水溶液50g；步骤S3中纳米Cu2O改性酚醛树脂共混稀释液的喷涂层数为4层；步骤S4中硬脂酸乙醇溶液常压浸渍时间为1h。实施例3制得的改性马尾松横切面水静态接触角为151°（测试水滴为4μL），获得了超疏水表面性能，处理结果如图8所示。
实施例4
本实施例与实施例1的具体实施步骤相同，其不同之处在于：步骤S2中加入的表面活性剂0.7g（其中，六偏磷酸钠的含量为10%，十二烷基苯磺酸钠的含量为10%，聚乙烯吡咯烷酮的含量为80%），浓度为7%的聚乙烯醇水溶液50g；步骤S3中纳米Cu2O改性酚醛树脂共混稀释液的喷涂层数为20层；步骤S4中硬脂酸乙醇溶液常压浸渍时间为4h。实施例4制得的改性马尾松横切面水静态接触角为150.5°（测试水滴为4μL），获得了超疏水表面性能，处理结果如图9所示。
实施例5
本实施例与实施例1的具体实施步骤相同，其不同之处在于：步骤S1中基材选用马尾松径切面，并以马尾松径切面作为喷涂面。
实施例5制得的改性马尾松径切面的扫描电镜SEM图如图19所示，其性能如下：
（1）改性马尾松径切面水静态接触角为150.5°（测试水滴为4μL），获得了超疏水表面性能，处理结果如图10所示；
（2）在承载4kPa压力的情况下，经过800目砂纸反复摩擦10次（每次摩擦距离为20cm），其水静态接触角保持在110°以上，表明本发明构筑的超疏水表面具有良好的机械耐磨性；
（3）与原始马尾松径切面（4μL水滴在120s内全部渗入木材）相比，4μL水滴可在改性马尾松径切面上放置超过70min而不发生渗透现象，50min时其水静态接触角仍能保持在100°以上，有效降低了马尾松径切面的水渗透性；
（4）将4μL不同pH值的液体直接作为水静态接触角测试液，测定其与改性马尾松径切面的水静态接触角，当pH值不超过12时，改性马尾松径切面的水静态接触角变化均不明显，上下波动范围不超过3°（测试液pH值在1-12之间时，水静态接触角均高于147°），仍具有显著的疏水性能，有效阻止了酸（碱）性液体对马尾松径切面的侵蚀；
（5）将改性马尾松径切面浸泡于pH=2的酸性溶液中，经过12h浸泡处理后，其水静态接触角减小值低于3.5°，仍具有显著的疏水性能，表明本发明构筑的超疏水表面具有持续抗强酸侵蚀能力；
（6）将改性马尾松径切面浸泡于pH=12的碱性溶液中，经过12h浸泡处理后，其水静态接触角减小值低于3°，仍具有显著的疏水性能，表明本发明构筑的超疏水表面具有持续抗强碱侵蚀能力。
实施例6
本实施例与实施例2的具体实施步骤相同，其不同之处在于：步骤S1中基材选用马尾松径切面；步骤S3中纳米Cu2O改性酚醛树脂共混稀释液的喷涂层数为12层。实施例6制得的改性马尾松径切面水静态接触角为150°（测试水滴为4μL），获得了超疏水表面性能，处理结果如图11所示。
实施例7
本实施例与实施例3的具体实施步骤相同，其不同之处在于：步骤S1中基材选用马尾松径切面；步骤S3中纳米Cu2O改性酚醛树脂共混稀释液的喷涂层数为16层；步骤S4中硬脂酸乙醇溶液常压浸渍时间为3h。实施例7制得的改性马尾松径切面水静态接触角为150.5°（测试水滴为4μL），实现了超疏水表面性能，处理结果如图12所示。
实施例8
本实施例与实施例3的具体实施步骤相同，其不同之处在于：步骤S1中基材选用马尾松径切面；步骤S3中纳米Cu2O改性酚醛树脂共混稀释液的喷涂层数为12层；步骤S4中硬脂酸乙醇溶液常压浸渍时间为5h。实施例8制得的改性马尾松径切面水静态接触角为150°（测试水滴为4μL），获得了超疏水表面性能，处理结果如图13所示。
实施例9
本实施例与实施例1的具体实施步骤相同，其不同之处在于：步骤S1中基材选用马尾松弦切面，并以马尾松弦切面作为喷涂面。
实施例9制得的改性马尾松弦切面的扫描电镜SEM图如图20所示，其性能如下：
（1）改性马尾松弦切面水静态接触角为153.2°（测试水滴为4μL），获得了超疏水表面性能，处理结果如图14所示；
（2）在承载4kPa压力的情况下，经过800目砂纸反复摩擦10次（每次摩擦距离为20cm），其水静态接触角保持在100°以上，表明本发明构筑的疏水表面具有良好的机械耐磨性；
（3）与原始马尾松弦切面（4μL水滴在120s内全部渗入木材）相比，4μL水滴可在改性马尾松弦面上放置超过70min而不发生渗透现象，50min时其水静态接触角仍能保持在95°以上，有效降低了马尾松弦切面的水渗透性；
（4）将4μL不同pH值的液体直接作为水静态接触角测试液，测定其与改性马尾松弦切面的水静态接触角，当pH值不超过12时，改性马尾松弦切面的水静态接触角变化均不明显，上下波动范围不超过6°（测试液pH值在1-10之间时，水静态接触角均高于150°，pH=11时水静态接触角为149.9°，pH=12时水静态接触角为146.7°），仍具有显著的疏水性能，有效阻止了酸（碱）性液体对马尾松弦切面的侵蚀；
（5）将改性马尾松弦切面浸泡于pH=2的酸性溶液中，经过12h浸泡处理后，其水静态接触角减小值低于2°，仍具有显著的疏水性能，表明本发明构筑的超疏水表面具有持续抗强酸侵蚀能力；
（6）将改性马尾松弦切面浸泡于pH=12的碱性溶液中，经过12h浸泡处理后，其水静态接触角减小值低于3.5°，仍具有显著的疏水性能，表明本发明构筑的超疏水表面显示持续抗强碱侵蚀能力。
实施例10
本实施例与实施例2的具体实施步骤相同，其不同之处在于：步骤S1中基材选用马尾松弦切面；步骤S4中硬脂酸乙醇溶液常压浸渍时间为1h。实施例10制得的改性马尾松弦切面水静态接触角为150.8°（测试水滴为4μL），获得了超疏水表面性能，处理结果如图15所示。
实施例11
本实施例与实施例3的具体实施步骤相同，其不同之处在于：步骤S1中基材选用马尾松弦切面；步骤S3中纳米Cu2O改性酚醛树脂共混稀释液的喷涂层数为12层；步骤S4中硬脂酸乙醇溶液常压浸渍时间为5h。实施例11制得的改性马尾松弦切面水静态接触角为151.5°（测试水滴为4μL），获得了超疏水表面性能，处理结果如图16所示。
实施例12
本实施例与实施例1的具体实施步骤相同，其不同之处在于：步骤S1中基材选用马尾松弦切面；步骤S3中纳米Cu2O改性酚醛树脂共混稀释液的喷涂层数为16层；步骤S4中硬脂酸乙醇溶液常压浸渍时间为4h。实施例12制得的改性马尾松弦切面水静态接触角为150.5°（测试水滴为4μL），获得了超疏水表面性能，处理结果如图17所示。
由上述实施例可知，本发明在典型针叶材横、径和弦切面上均能实现超疏水表面的构筑，且水静态接触角均高于150°，即可在典型针叶材上形成全表面的高效疏水防护，疏水效果如图21所示，疏水防护效果佳；经本发明改性的典型针叶材表面涂层具有一定的机械耐磨性和抗酸、碱能力；本发明使用的纳米Cu2O为酚醛树脂胶粘剂合成体系中制备，成本低廉，且其结构便于典型针叶材表面微纳米级粗糙度的构筑，能有效地填充和阻塞典型针叶材微观表面的沟槽和孔隙，以此阻碍水滴在典型针叶材表面的扩散和渗透；同时，在酚醛树脂胶粘剂合成过程中生成纳米Cu2O颗粒，使具有粘附性质的酚醛树脂胶粘剂将纳米Cu2O颗粒包裹起来，有利于纳米Cu2O在典型针叶材表面的固定；将纳米Cu2O改性酚醛树脂共混液按比例稀释后喷涂于典型针叶材表面，结合硬脂酸乙醇溶液进行常压浸渍并进行干燥处理，即可在典型针叶材横、径、弦三个切面上实现超疏水表面的构筑。
综上所述，本发明提供的典型针叶材超疏水表面的构筑方法，以酚醛树脂胶粘剂为载体、纳米Cu2O为疏水材料，通过喷涂法，结合低表面能物质硬脂酸，对典型针叶材（以马尾松为例，但不限于此）进行超疏水表面的构筑改性，疏水效果佳，从而实现了在典型针叶材表面进行纳米Cu2O超疏水涂层的制备。本发明采用喷涂法，喷涂工艺简单易行、便于操作；本发明使用的原料氯化铜（CuCl2·2H2O）和硬脂酸，价格低廉，且与成品纳米氧化亚铜相比，纳米Cu2O为酚醛树脂胶粘剂合成过程中同时生成，显著降低了典型针叶材超疏水表面的制备成本。本发明具有成本低、易操作且疏水防护效果佳的特点，可规模化生产，应用前景广阔，实用性佳，具有较高的工业推广价值，为大批量、大尺寸超疏水木材的工业化生产提供了有利条件。
应该注意的是，上述实施例是对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的数据或步骤。

Claims (10)

1.一种典型针叶材超疏水表面的构筑方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，基材表面预处理：先用砂纸对典型针叶材基材的表面进行砂光处理，再用空压机压力吹扫表面，随后依次用蒸馏水、医用酒精清洗表面，以除去表面的灰尘和杂质，再将典型针叶材基材置于烘箱内干燥，干燥完毕后保存待喷涂；
步骤S2，纳米Cu2O改性酚醛树脂共混液制备：将纯度为100%的苯酚（80℃水浴条件下提前溶解）、浓度为40%的氢氧化钠水溶液（加入量占氢氧化钠水溶液总用量的17%-22%）和蒸馏水依次加入烧瓶中，在55℃下匀速搅拌，保温15min；随后将浓度为37%的甲醛水溶液（加入量占甲醛水溶液总用量的67%-75%）分6次等量加入烧瓶重，每次加注间隔15min，待甲醛水溶液添加完毕后，升温至95℃，保温15min；随后降温至85℃，再次加入浓度为40%的氢氧化钠水溶液（加入量占氢氧化钠水溶液总用量的5%-8%）和浓度为37%的甲醛水溶液（加入量占甲醛水溶液总用量的25%-33%，分3次等量加入，且每次加注间隔15min），升温至95℃，保温30min；随后降温至75℃，依次加入浓度为40%的氢氧化钠水溶液（加入量占氢氧化钠水溶液总用量的69%-75%）、表面活性剂和胶体保护剂，保温5min，再滴加氯化铜（CuCl2·2H2O）水溶液，各原料的质量比为苯酚∶氢氧化钠∶蒸馏水∶甲醛∶氯化铜=（3.3-4）∶（5.7-6.8）∶（1-1.2）∶（5.2-6.2）∶（7-8.4）；滴加完毕继续反应55min-70min，降至室温出料，制得纳米Cu2O改性酚醛树脂共混液，保存待用；
步骤S3，稀释和喷涂处理：先将步骤S2制得的纳米Cu2O改性酚醛树脂共混液进行稀释，再用喷枪将稀释后的纳米Cu2O改性酚醛树脂共混液喷涂在步骤S1预处理后的典型针叶材基材表面，喷涂时控制喷涂层数、时间间隔、喷涂距离和喷涂角度，喷涂完毕后，将喷涂后的典型针叶材基材置于烘箱内干燥；
步骤S4，硬脂酸乙醇溶液常压浸渍：将硬脂酸固体颗粒和无水乙醇依次加入烧瓶中，在40℃-80℃条件下匀速搅拌、溶解并保温，制得硬脂酸乙醇溶液；将步骤S3干燥后的典型针叶材基材放入烧杯，倒入硬脂酸乙醇溶液，使典型针叶材基材完全浸渍于硬脂酸乙醇溶液以进行常压浸渍，再将常压浸渍后的典型针叶材基材置于烘箱内干燥。
2.根据权利要求1所述的典型针叶材超疏水表面的构筑方法，其特征在于：步骤S1中，所述砂纸目数为36目-200目，所述空压机吹扫时间为10s-60s，所述蒸馏水和所述医用酒精的清洗次数均为2次-5次，干燥温度为40℃-120℃，干燥时间为4 h -24 h。
3.根据权利要求1所述的典型针叶材超疏水表面的构筑方法，其特征在于：步骤S2中，所述氯化铜水溶液的浓度为30%-40%，滴加速率为2.0mL/min -4.5mL/min。
4.根据权利要求1所述的典型针叶材超疏水表面的构筑方法，其特征在于：步骤S2中，所述表面活性剂为六偏磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和硅烷偶联剂中的至少一种，且所述表面活性剂的用量为氯化铜水溶液质量的4‰-8‰。
5.根据权利要求1所述的典型针叶材超疏水表面的构筑方法，其特征在于：步骤S2中，所述胶体保护剂为浓度5%-8%的聚乙烯醇水溶液，其用量为苯酚用量的62%-70%。
6.根据权利要求1所述的典型针叶材超疏水表面的构筑方法，其特征在于：步骤S3中，稀释后的所述纳米Cu2O改性酚醛树脂共混液的固体含量为0.5%-10%。
7.根据权利要求1所述的典型针叶材超疏水表面的构筑方法，其特征在于：步骤S3中，喷涂方向与所述典型针叶材基材表面呈60°-90°，喷涂距离为30 cm -80cm，喷涂层数为4层-30层，各涂层间的喷涂时间间隔为5min-20min。
8.根据权利要求7所述的典型针叶材超疏水表面的构筑方法，其特征在于：步骤S3中的干燥温度为80℃-120℃，干燥时间为4 h -12h。
9.根据权利要求1所述的典型针叶材超疏水表面的构筑方法，其特征在于：步骤S4中，所述硬脂酸乙醇溶液的质量百分比为1wt%-10wt%，搅拌速率为300 r/min -500r/min，保温时间为0.5 h -2h。
10.根据权利要求9所述的典型针叶材超疏水表面的构筑方法，其特征在于：步骤S4中的常压浸渍时间为1h-6h，干燥温度为40℃-100℃，干燥时间为2 h -12h。
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