CN111185977A - 一种超疏水木材的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超疏水木材的生产方法，包括以下步骤：（1）将木材干燥后按所需规格切割成板材；（2）取聚二甲基硅氧烷和硅橡胶混合得到木材表面浸涂液；（3）取不同粒径的单分散纳米二氧化硅微球，分别分散于乙醇中，制得不同混合液，将混合液和木材表面浸涂液依次均匀涂覆在木材表面，得到超疏水表面；（4）将木材进行热压处理，真空干燥即可。本发明方法工艺简单，对设备要求低，易操作，工艺流程短，节约能源，可以实现木材大面积超疏水表面的制备，适合工业化生产，能有效延长木材的使用寿命，缓解木材供需矛盾，具有广阔的应用前景。

Description

一种超疏水木材的生产方法
技术领域
本发明属于林产化工技术领域，尤其涉及一种超疏水木材的生产方法。
背景技术
木材是天然可再生资源，易于加工，具有良好的力学特性，在社会经济建设与人类基本生活环境中发挥重要作用。木材主要由纤维素、半纤维素、木质素组成，纤维素和半纤维素含有大量的亲水性基团，使木材表现出极强的吸湿吸水性。木材吸收水分以后，易导致尺寸变形，腐朽变色，甚至降解，严重影响使用范围与使用寿命。对木材进行疏水处理，使木材不易出现积水、积雪流体的粘滞等现象，从而提高其稳定性，扩展其在多领域的应用，显著地提高产品的附加值，具有重要的意义。
目前常用的提高木材疏水性能的改性方法有：溶胶凝胶法、气相沉淀法、自组装法、光刻工艺、等离子法和电化学沉积法等。但这些方法受到特殊的加工设备和繁琐工艺流程的限制，不适合大规模生产，且制备的超疏水涂层容易遭到破坏。因此，寻找大规模生产稳定耐久的超疏水表面至关重要。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种超疏水木材的生产方法。
为了实现上述的目的，本发明提供以下技术方案：
一种超疏水木材的生产方法，包括以下步骤：
（1）将木材干燥至含水量为5-10%，按所需规格切割成板材后将木材表面理净，得到预处理木材备用；
（2）取聚二甲基硅氧烷和硅橡胶按质量比10：（1-1.5）混合后搅拌均匀，静置至气泡消失，得到木材表面浸涂液备用；
（3）取粒径为100-200nm和300-500nm的单分散纳米二氧化硅微球，分别分散于乙醇中，制得固液比为2-2.5mg/mL的混合液A和2.5-3mg/mL的混合液B，将混合液B、混合液A和步骤2所得木材表面浸涂液依次均匀涂覆在木材表面，得到超疏水表面；
（4）将上述所得经过疏水处理后的木材进行热压处理，使木材表面密实化，最后在90-100℃下真空干燥2-4小时即可。
进一步的，所述步骤1中木材表面理净的方法为：对木板材表面以150-200目砂纸进行砂光，清除表面木屑和灰尘，并用高压空气吹净。
进一步的，所述步骤3中100-200nm的单分散纳米二氧化硅微球的制备方法为：将无水乙醇、正硅酸乙酯、去离子水按体积比（18-20）：（1-2）：（10-15）混合搅拌成均匀溶液，再向其中缓慢加入质量分数为25-30%的氨水，其用量为正硅酸乙酯体积的20-40%，并于50-60℃恒温搅拌4-6小时后得到二氧化硅微球溶胶，再经醇洗离心分离得到粒径为100-200nm的单分散纳米二氧化硅微球。
进一步的，所述步骤3中300-500nm的单分散纳米二氧化硅微球的制备方法为：将无水乙醇、正硅酸乙酯、去离子水按体积比（18-20）：（1-2）：（10-15）混合搅拌成均匀溶液，再向其中缓慢加入质量分数为25-30%的氨水，其用量为正硅酸乙酯体积的50-80%，并于30-35℃恒温搅拌4-6小时后得到二氧化硅微球溶胶，再经醇洗离心分离得到粒径为300-500nm的单分散纳米二氧化硅微球。
进一步的，所述步骤3中涂覆具体过程如下：先将混合液B均匀涂覆在木材表面，在90-100℃下干燥3-5分钟，再将混合液A均匀涂覆在木材表面，在90-100℃下干燥3-5分钟，最后将木材表面浸涂液均匀涂覆在木材表面，在60-80℃下干燥1-2分钟即可。
进一步的，所述步骤3中混合液A、混合液B和木材表面浸涂液的涂覆质量比为1：1：2。
进一步的，所述步骤4中热压处理的温度为110-120℃，压缩量为4-8%。
本发明还包括一种由上述的生产方法制备得到的超疏水木材。
本发明的优点是：
本发明对木材表面进行理净处理，去除表面的杂质成分，使超疏水材料更容易沉积到表层，并通过不同氨水用量和温度的精确控制制备粒径大小不同的单分散纳米二氧化硅微球，将其与聚二甲基硅氧烷制得的表面浸涂液涂覆于木材表面，通过二氧化硅粒子填充木材表面的多孔结构，降低木材表面粗超度和表面能，令界面处由亲水变为超疏水，水接触角高于155°，滚动角达到6°，聚二甲基硅氧烷较高的化学稳定性则能够进一步增强二氧化硅微球涂覆表面，具有优异的防水效果，避免水分与真菌的侵蚀对木材的侵蚀，同时本发明方法工艺简单，对设备要求低，易操作，工艺流程短，节约能源，可以实现木材大面积超疏水表面的制备，适合工业化生产，能有效延长木材的使用寿命，缓解木材供需矛盾，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
以下结合具体的实例对本发明的技术方案做进一步说明：
实施例1
一种超疏水木材的生产方法，包括以下步骤：
（1）将木材干燥至含水量为8%，按所需规格切割成板材后将木材表面理净，对木板材表面以180目砂纸进行砂光，清除表面木屑和灰尘，并用高压空气吹净，得到预处理木材备用；
（2）取聚二甲基硅氧烷和硅橡胶按质量比10：1.2混合后搅拌均匀，静置至气泡消失，得到木材表面浸涂液备用；
（3）取粒径为100-200nm和300-500nm的单分散纳米二氧化硅微球，分别分散于乙醇中，制得固液比为2.3mg/mL的混合液A和2.8mg/mL的混合液B，先将混合液B均匀涂覆在木材表面，在95℃下干燥4分钟，再将混合液A均匀涂覆在木材表面，在95℃下干燥4分钟，最后将木材表面浸涂液均匀涂覆在木材表面，在70℃下干燥1分钟，得到超疏水表面，其中混合液A、混合液B和木材表面浸涂液的涂覆质量比为1：1：2；
（4）将上述所得经过疏水处理后的木材以温度为115℃，压缩量为6%进行热压处理，使木材表面密实化，最后在95℃下真空干燥3小时即可。
所述步骤3中100-200nm的单分散纳米二氧化硅微球的制备方法为：将无水乙醇、正硅酸乙酯、去离子水按体积比20：2：15混合搅拌成均匀溶液，再向其中缓慢加入质量分数为30%的氨水，其用量为正硅酸乙酯体积的40%，并于60℃恒温搅拌4小时后得到二氧化硅微球溶胶，再经醇洗离心分离得到粒径为100-200nm的单分散纳米二氧化硅微球。
所述步骤3中300-500nm的单分散纳米二氧化硅微球的制备方法为：将无水乙醇、正硅酸乙酯、去离子水按体积比20：2：15混合搅拌成均匀溶液，再向其中缓慢加入质量分数为30%的氨水，其用量为正硅酸乙酯体积的80%，并于35℃恒温搅拌4小时后得到二氧化硅微球溶胶，再经醇洗离心分离得到粒径为300-500nm的单分散纳米二氧化硅微球。
实施例2
一种超疏水木材的生产方法，包括以下步骤：
（1）将木材干燥至含水量为5%，按所需规格切割成板材后将木材表面理净，对木板材表面以150目砂纸进行砂光，清除表面木屑和灰尘，并用高压空气吹净，得到预处理木材备用；
（2）取聚二甲基硅氧烷和硅橡胶按质量比10：1混合后搅拌均匀，静置至气泡消失，得到木材表面浸涂液备用；
（3）取粒径为100-200nm和300-500nm的单分散纳米二氧化硅微球，分别分散于乙醇中，制得固液比为2mg/mL的混合液A和2.5mg/mL的混合液B，先将混合液B均匀涂覆在木材表面，在90℃下干燥5分钟，再将混合液A均匀涂覆在木材表面，在90℃下干燥5分钟，最后将木材表面浸涂液均匀涂覆在木材表面，在60℃下干燥2分钟，得到超疏水表面，其中混合液A、混合液B和木材表面浸涂液的涂覆质量比为1：1：2；
（4）将上述所得经过疏水处理后的木材以温度为110℃，压缩量为4%进行热压处理，使木材表面密实化，最后在90℃下真空干燥4小时即可。
所述步骤3中100-200nm的单分散纳米二氧化硅微球的制备方法为：将无水乙醇、正硅酸乙酯、去离子水按体积比18：1：10混合搅拌成均匀溶液，再向其中缓慢加入质量分数为25%的氨水，其用量为正硅酸乙酯体积的20%，并于50℃恒温搅拌6小时后得到二氧化硅微球溶胶，再经醇洗离心分离得到粒径为100-200nm的单分散纳米二氧化硅微球。
所述步骤3中300-500nm的单分散纳米二氧化硅微球的制备方法为：将无水乙醇、正硅酸乙酯、去离子水按体积比18：1：10混合搅拌成均匀溶液，再向其中缓慢加入质量分数为25%的氨水，其用量为正硅酸乙酯体积的50%，并于30℃恒温搅拌6小时后得到二氧化硅微球溶胶，再经醇洗离心分离得到粒径为300-500nm的单分散纳米二氧化硅微球。
实施例3
一种超疏水木材的生产方法，包括以下步骤：
（1）将木材干燥至含水量为10%，按所需规格切割成板材后将木材表面理净，对木板材表面以200目砂纸进行砂光，清除表面木屑和灰尘，并用高压空气吹净，得到预处理木材备用；
（2）取聚二甲基硅氧烷和硅橡胶按质量比10：1.5混合后搅拌均匀，静置至气泡消失，得到木材表面浸涂液备用；
（3）取粒径为100-200nm和300-500nm的单分散纳米二氧化硅微球，分别分散于乙醇中，制得固液比为2.5mg/mL的混合液A和3mg/mL的混合液B，先将混合液B均匀涂覆在木材表面，在100℃下干燥3分钟，再将混合液A均匀涂覆在木材表面，在100℃下干燥3分钟，最后将木材表面浸涂液均匀涂覆在木材表面，在80℃下干燥1分钟，得到超疏水表面，其中混合液A、混合液B和木材表面浸涂液的涂覆质量比为1：1：2；
（4）将上述所得经过疏水处理后的木材以温度为120℃，压缩量为8%进行热压处理，使木材表面密实化，最后在100℃下真空干燥2小时即可。
所述步骤3中100-200nm的单分散纳米二氧化硅微球的制备方法为：将无水乙醇、正硅酸乙酯、去离子水按体积比19：1：12混合搅拌成均匀溶液，再向其中缓慢加入质量分数为28%的氨水，其用量为正硅酸乙酯体积的30%，并于55℃恒温搅拌5小时后得到二氧化硅微球溶胶，再经醇洗离心分离得到粒径为100-200nm的单分散纳米二氧化硅微球。
所述步骤3中300-500nm的单分散纳米二氧化硅微球的制备方法为：将无水乙醇、正硅酸乙酯、去离子水按体积比19：1：12混合搅拌成均匀溶液，再向其中缓慢加入质量分数为28%的氨水，其用量为正硅酸乙酯体积的75%，并于32℃恒温搅拌5小时后得到二氧化硅微球溶胶，再经醇洗离心分离得到粒径为300-500nm的单分散纳米二氧化硅微球。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超疏水木材的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将木材干燥至含水量为5-10%，按所需规格切割成板材后将木材表面理净，得到预处理木材备用；
（2）取聚二甲基硅氧烷和硅橡胶按质量比10：（1-1.5）混合后搅拌均匀，静置至气泡消失，得到木材表面浸涂液备用；
（3）取粒径为100-200nm和300-500nm的单分散纳米二氧化硅微球，分别分散于乙醇中，制得固液比为2-2.5mg/mL的混合液A和2.5-3mg/mL的混合液B，将混合液B、混合液A和步骤2所得木材表面浸涂液依次均匀涂覆在木材表面，得到超疏水表面；
（4）将上述所得经过疏水处理后的木材进行热压处理，使木材表面密实化，最后在90-100℃下真空干燥2-4小时即可。
2.根据权利要求1所述的超疏水木材的生产方法，其特征在于，所述步骤1中木材表面理净的方法为：对木板材表面以150-200目砂纸进行砂光，清除表面木屑和灰尘，并用高压空气吹净。
3.根据权利要求1所述的超疏水木材的生产方法，其特征在于，所述步骤3中100-200nm的单分散纳米二氧化硅微球的制备方法为：将无水乙醇、正硅酸乙酯、去离子水按体积比（18-20）：（1-2）：（10-15）混合搅拌成均匀溶液，再向其中缓慢加入质量分数为25-30%的氨水，其用量为正硅酸乙酯体积的20-40%，并于50-60℃恒温搅拌4-6小时后得到二氧化硅微球溶胶，再经醇洗离心分离得到粒径为100-200nm的单分散纳米二氧化硅微球。
4.根据权利要求1所述的超疏水木材的生产方法，其特征在于，所述步骤3中300-500nm的单分散纳米二氧化硅微球的制备方法为：将无水乙醇、正硅酸乙酯、去离子水按体积比（18-20）：（1-2）：（10-15）混合搅拌成均匀溶液，再向其中缓慢加入质量分数为25-30%的氨水，其用量为正硅酸乙酯体积的50-80%，并于30-35℃恒温搅拌4-6小时后得到二氧化硅微球溶胶，再经醇洗离心分离得到粒径为300-500nm的单分散纳米二氧化硅微球。
5.根据权利要求1所述的超疏水木材的生产方法，其特征在于，所述步骤3中涂覆具体过程如下：先将混合液B均匀涂覆在木材表面，在90-100℃下干燥3-5分钟，再将混合液A均匀涂覆在木材表面，在90-100℃下干燥3-5分钟，最后将木材表面浸涂液均匀涂覆在木材表面，在60-80℃下干燥1-2分钟即可。
6.根据权利要求1所述的超疏水木材的生产方法，其特征在于，所述步骤3中混合液A、混合液B和木材表面浸涂液的涂覆质量比为1：1：2。
7.根据权利要求1所述的超疏水木材的生产方法，其特征在于，所述步骤4中热压处理的温度为110-120℃，压缩量为4-8%。
8.一种超疏水木材，其特征在于，所述超疏水木材由权利要求1-7中任一项所述的生产方法制备得到。
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