CN113352415A - 一种免于涂饰的高耐候性户外木材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种免于涂饰的高耐候性户外木材及其制备方法，该木材具备耐老化、耐腐、尺寸稳定性、耐酸碱、疏水、耐磨的同时，还具备一定的自我修复能力。该高耐候性户外木材大大延长了木材的使用寿命，提高了木材的利用率。

Description

一种免于涂饰的高耐候性户外木材及其制备方法
技术领域
本发明涉及木材利用领域，特别涉及一种免于涂饰的高耐候性户外木材及其制备方法。
背景技术
木材作为四大建筑材料之一，对人们的生活起到了很大的支持作用。从2003年到2019年间，我国木材产量增加87％，木材消费量从 1987年的0.5亿m3，发展到2019年的6.31亿m3，其中建筑用材高达2.37亿m3，约占木材消费量的36.7％。建筑用材种类众多，按照用途不同可以分为结构材和非结构材，结构材又分为实木和人造材。木材作为非结构材在建筑当中应用的更为普遍，例如：实木地板、木质门窗、观鸟屋、木栈道、游步道、景观桥、休憩平台、休闲度假木屋、民宿、度假别墅、围栏等。
木材作为一种天然可再生的材料，广泛地应用于人们的生活当中。但因其多孔性、各向异性和含有大量的亲水的基团，使得木材以及木材制品易出现形变、翘曲、开裂等现象，限制了其的使用范围。当木材常年暴露于外界复杂的环境中时，由于紫外光照射、雨水淋洗、风荷侵蚀、微生物腐蚀等作用，甚至会出现霉变和腐朽，大大缩短了木材的使用寿命，降低了木材的利用率。因此，制备一种耐候性木材成为木材科研领域的迫切需求。
为了提高木材适应外界复杂环境条件的能力，人们研发出了防腐木、炭化木、木塑复合材料和注蜡木等新型木材产品。但是，这些新型木材产品仍然存在诸多问题，例如：防腐剂流失、能耗大、成本高、技术复杂等，致使这些产品并未广泛的应用于生活当中。
2、现有技术方案
(一)、《一种耐水耐久的防火木材及其制备方法》
公开了一种耐水耐久的防火木材及其制备方法,以及防火木材的化学组份、材料种类、涂层结构和产品用途。该化学组份主要包括防火剂、交联聚乙酸乙烯酯胶粘剂和木材涂料。该防火木材的制备方法：首先用液体或固体状的防火剂对木材进行防火处理,并在木材表面或外表层形成防火剂涂层,然后对其干燥；其次对以上木材涂布交联聚乙酸乙烯酯、覆盖该防火剂涂层,让其干燥固化、并用作该木材的保护涂层；最后,涂上另一层交联聚乙酸乙烯酯或一层或多层普通木材涂料。通过上述方法,可提高防火木材的耐水耐久性能,并长期保持木材防火剂在自然环境下的防火效率。在本发明中,交联聚乙酸乙烯酯既可用作防火木材的底涂涂料,也可用于它的表层涂料。
(二)、《一种新型超耐候防腐粉末涂料及其制备方法》
公开了一种新型超耐候防腐粉末涂料,包括成膜物质、颜料、溶剂和辅料,按质量份数计,该新型超耐候防腐粉末涂料的成膜物质包括：有机硅弹性树脂30-60份、丙烯酸酯10-20份、聚氨酯10-20份、氟树脂20-40份,磷酸锌20-40份、吸水树脂30-40份、三聚磷酸铝10-15 份,该新型超耐候防腐粉末涂料的溶剂包括：沉淀硫酸钡3-5份、甲基乙烯硅橡胶16-20份、双酚A环氧树脂50-80份。本发明中的所制备的有机硅超耐候型抗开裂防腐涂料是有机硅树脂作为成膜物质,其本身具有优异的耐候性、抗开裂性、耐温变性和防腐性能,其耐紫外老化时间大于1000小时。对基材粘接力非常强,具有非常好的附着力；在温差反复冲击下涂层完好无开裂现象,本涂料不挥发溶剂,可不涂刷任何底漆。
(三)、《一种木材表面透明耐候性涂层的制备方法》
一种木材表面透明耐候性涂层的制备方法。所要解决的技术问题是,在不破坏木材表面天然美学纹理的前提下,在木材表面构建一层透明疏水的紫外吸收涂层,提供一种木材表面耐候性涂层的制备方法。首先利用热聚合法合成类石墨相氮化碳,并对其氧化剥离法处理得到氮化碳纳米片(CNNs)；配置一定质量比的纤维素纳米纤维(CNF)与 CNNs的复合溶液,将其喷涂于木材试件表面；最后利用化学气相沉积法对试件表面进行疏水化处理,得到得到表面覆有CNF/CNNs耐候性涂层的功能型木材。本产品经15天耐候性测试,整体色差小于10％, 远远小于未处理材的32％,木材表面水接触角由49度提高到135度。本产品具有简单、易得、无毒、成本低廉等优点,具有工业化生产前景,有利于提高木材的产品附加值,同时延长木制品使用寿命,实现木质资源材料的高效利用。
(四)、《一种阻燃耐候栈道板板及其制备方法》/
公开了一种阻燃耐候栈道板，其特征在于，包括以下重量份的原料木材厂边角料
一份、聚氯乙烯树脂一份、纳米氧化锌一份、纳米二氧化钦一份、除虫菊醋一份、阻燃剂一份、丁睛橡胶一份、稀土稳定剂一份、偶联剂一份。本发明的阻燃耐候栈道板防火、耐老化、防水性能较好、无菌卫生、机械强度高、耐摩擦，同时本发明的阻燃耐候栈道板的制备方法采用废弃边角料，节约了资源、保护了环境，材料成本较低、原料易得、且工艺简明，具有较高的实用价值和良好的应用前景。
目前，为了提高木材的耐久性，木材的表面会涂饰一层保护漆膜，屏蔽光照，阻止水分渗入。但该漆膜附着强度不高，并会随着时间的延长，出现褪色、起泡等现象。最终漆膜脱落，对木材失去保护能力。本发明针对现存在的问题，制备一种免于涂漆的木材，在保护木材天然纹理结构和颜色的条件下，提高木材的耐候性。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种免于涂饰的高耐候性户外木材及其制备方法
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种免于涂饰的高耐候性户外木材的制备方法：包括如下步骤：
步骤一、以木材为原料，选用一定规格的木材，六面光滑平整，无霉斑、无蓝变、无虫蛀、无节；将木材分别用丙酮、无水乙醇和蒸馏水，超声清洗1h，在103℃温度下，烘至绝干，备用；
步骤二、用乙酸丁酯配制质量分数为10％的PDMS溶液，并加入少量的固化剂；
步骤三、将处理好的木材，浸渍在步骤二配制好的溶液当中，浸渍20min，自然晾干10min，如此反复5-8次；之后，将处理好的木材放在70℃-85℃下，加热固化，得到底层木材；
步骤四、称取一定量的纳米SiO2，溶于含有硅氧烷的无水乙醇溶液当中，其中，纳米SiO2、硅氧烷和无水乙醇的比例为1：10：200，然后在超声条件震荡60min，制得溶液A；
步骤五、将步骤3得到的樟子松底层木材，浸渍在溶液A中20 min，自然晾干10min，如此反复5-8次，之后，将浸渍好的木材放在70℃-85℃下，干燥；
步骤六、配制质量分数为0.7％的CaCO3溶液，并在温室下搅拌 30min，之后加入20ml的TiO2前驱体溶液，磁力搅拌3h，静置24h，制得溶液B；将步骤五的木材浸渍在溶液B中，重复步骤5的方法，即可得到耐候性的户外木材。
进一步的，上述木材选取樟子松。
进一步的，上述木材的具体规格为：20mm×20mm×10mm弦向×径向×纵向的樟子松木材。
进一步的，所述步骤一中，超声频率为60Hz。
进一步的，所述步骤六中，TiO2前驱体溶液制备方法为：以钛酸丁酯和无水乙醇1：3的比例配制TiO2溶液，再向溶液加入2ml的冰乙酸搅拌即可。
利用上述方法制备得到的木材。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
1、制备的高耐候性户外木材免于涂饰，保留了木材原本的颜色和纹理结构。
2、制备的高耐候性户外木材具有一定的自我修复能力。
本发明制备所得的高耐候性户外木材，表面不涂饰任何保护漆膜，即可具备疏水、耐酸碱、耐磨、耐腐蚀、耐老化、尺寸稳定性等性能，延长了木材在户外使用的寿命，提高了木材的利用率。且该制备方法操作简单易行。
附图说明
图1为实例1所述步骤得到木材接触角的图片，a为横切面，b 为弦切面，c为径切面
图2为未经过任何处理木材的接触角图片，a为横切面，b为弦切面，c为径切面
图3为实例1所得木材的SEM图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细描述：
如图1-3所示，
一种高耐候性户外木材的制备方法：包括如下步骤：
步骤一、以木材为原料，选用一定规格的木材，六面光滑平整，无霉斑、无蓝变、无虫蛀、无节；将木材分别用丙酮、无水乙醇和蒸馏水，超声清洗1h，在103℃温度下，烘至绝干，备用；
步骤二、用乙酸丁酯配制质量分数为10％的PDMS溶液，并加入少量的固化剂；
步骤三、将处理好的木材，浸渍在步骤二配制好的溶液当中，浸渍20min，自然晾干10min，如此反复5-8次；之后，将处理好的木材放在70℃-85℃下，加热固化，得到底层木材；
步骤四、称取一定量的纳米SiO2，溶于含有硅氧烷的无水乙醇溶液当中，其中，纳米SiO2、硅氧烷和无水乙醇的比例为1：10：200，然后在超声条件震荡60min，制得溶液A；
步骤五、将步骤3得到的樟子松底层木材，浸渍在溶液A中20 min，自然晾干10min，如此反复5-8次，之后，将浸渍好的木材放在70℃-85℃下，干燥；
步骤六、配制质量分数为0.7％的CaCO3溶液，并在温室下搅拌 30min，之后加入20ml的TiO2前驱体溶液，磁力搅拌3h，静置24h，制得溶液B；将步骤五的木材浸渍在溶液B中，重复步骤5的方法，即可得到耐候性的户外木材。
进一步的，上述木材选取樟子松。
进一步的，上述木材的具体规格为：20mm×20mm×10mm弦向×径向×纵向的樟子松木材。
进一步的，所述步骤一中，超声频率为60Hz。
进一步的，所述步骤六中，TiO2前驱体溶液制备方法为：以钛酸丁酯和无水乙醇1：3的比例配制TiO2溶液，再向溶液加入2ml的冰乙酸搅拌即可。
利用上述方法制备得到的木材。
实施例1：
用乙酸丁酯配制质量分数为10％聚二甲基硅氧烷溶液，聚二甲基硅氧烷和固化剂的比例为10：1。将处理好的木材浸渍在上述配置好的溶液中15min，自然晾干10min，重复5次，之后将木材在80℃下，加热固化6小时。称取0.4g的纳米二氧化硅，4ml的硅氧烷，溶于80ml的无水乙醇当中，超声分散1h，制得溶液A。30ml的无水乙醇， 10ml的钛酸丁酯，2ml的冰乙酸，超声分散1h，制得溶液B。将溶液B在30min内加入到溶液A，并超声分散50min，得到混合溶液。将木块在混合溶液浸渍15min，自然晾干10min，重复5次，之后将木材在80℃下，加热固化6小时，即可。
将实例1所述步骤处理过的木材与未经过任何处理的木材进行比较。
采用静态接触角测量仪测试木材的接触角。将体积为5μL的水滴于木材表面，15s后读数。同一样品表面不同部位测量5次，求平均值。经测试实例1所得木材不同切面均达到疏水效果，其中，横切面的接触角为147.5°，弦切面的接触角为137.8°，径切面的接触角为130.3°(如附图1)。未经过任何处理的木材各个切面的接触角均小于90°(如附图2)。
采用扫描电镜观察木材表面的形态，从SEM图中可以看到，改性之后的纳米颗粒分布在管胞上(如附图3)。
将实例1所得木材的表面与240目砂纸接触，以恒定的速度和外力在砂纸上拖拽10cm，此为一个循环，共实施10个循环的耐磨测试。经过耐磨测试后的木材，木材不同切面的接触角仍大于90°，但是，与未进行耐磨测试的木材相比，疏水角略有下降(均小于10°)，仍具有一定的疏水效果。
将实例1所得木材与未经过任何处理的木材置于蒸馏水中，浸泡 24h，评价其尺寸稳定性。前者的吸水率为15.67％，体积膨胀率为 9.85％；后者的吸水率为78.15％，体积膨胀率为11.15％。处理后的木材吸水率降低了62.48％，体积膨胀率降低了1.3％。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种高耐候性户外木材的制备方法：包括如下步骤：
步骤一、以木材为原料，选用一定规格的木材，六面光滑平整，无霉斑、无蓝变、无虫蛀、无节；将木材分别用丙酮、无水乙醇和蒸馏水，超声清洗1h，在103℃温度下，烘至绝干，备用；
步骤二、用乙酸丁酯配制质量分数为10％的PDMS溶液，并加入少量的固化剂；
步骤三、将处理好的木材，浸渍在步骤二配制好的溶液当中，浸渍20min，自然晾干10min，如此反复5-8次；之后，将处理好的木材放在70℃-85℃下，加热固化，得到底层木材；
步骤四、称取一定量的纳米SiO2，溶于含有硅氧烷的无水乙醇溶液当中，其中，纳米SiO2、硅氧烷和无水乙醇的比例为1：10：200，然后在超声条件震荡60min，制得溶液A；
步骤五、将步骤3得到的樟子松底层木材，浸渍在溶液A中20min，自然晾干10min，如此反复5-8次，之后，将浸渍好的木材放在70℃-85℃下，干燥；
步骤六、配制质量分数为0.7％的CaCO3溶液，并在温室下搅拌30min，之后加入20ml的TiO2前驱体溶液，磁力搅拌3h，静置24h，制得溶液B；将步骤五的木材浸渍在溶液B中，重复步骤5的方法，即可得到耐候性的户外木材。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述木材选取樟子松。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述木材的具体规格为：20mm×20mm×10mm弦向×径向×纵向的樟子松木材。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤一中，超声频率为60Hz。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤六中，TiO2前驱体溶液制备方法为：以钛酸丁酯和无水乙醇1：3的比例配制TiO2溶液，再向溶液加入2ml的冰乙酸搅拌即可。
6.根据权利要求1-5所述方法，制备得到的木材。
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