[发明专利]一种超疏水木材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及木材改性领域，尤其涉及一种超疏水木材及其制备方法。

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，导致其易腐烂、尺寸稳定性差。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。木材超疏水处理，赋予木材表面防水、防污、自清洁、抑菌等多种功能，将拓宽木材在生产、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。

迄今为止，木材超疏水处理方法一般分两步，第一步在木材表面构建微纳米级粗糙结构，第二步在粗糙结构上修饰低表面能物质。现有的处理方法存在很多缺陷：1、工艺复杂，生产成本高，制备的超疏水木材生物毒性大；2、构建的粗糙结构脆弱，达不到持久超疏水的作用；3、目前制备方法只能以木材横切面为基底达到超疏水效果，未见有报道在木材的弦切面与径切面上制备出超疏水效果；4、目前制备的超疏水木材的耐磨性差；5、鲜有方法可以大面积构建超疏水表面。5、所制备的超疏水木材的功能性不强。因此，采用简便的物理或化学方法，使用广泛易得的廉价材料，大面积制备耐久、耐磨的功能性超疏水木材具有极大的现实意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种耐久、耐磨的功能性超疏水木材及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种超疏水木材，其表面覆盖有复合膜层，所述复合膜层是由硅烷偶联剂发生水解、缩聚后包覆纳米粒子，沉积形成；复合膜层通过羟基作用与木材之间产生化学键合；复合膜层含有均匀的微米级沟槽及纳米级突起，并自组装有低表面能物质，所述超疏水木材的水滴接触角达150°～156°，滚动角小于4°；所述纳米粒子为纳米SiO₂、纳米TiO₂、纳米Al₂O₃、纳米ZnO和纳米Fe₃O₄中的一种或几种。

上述的超疏水木材，优选的，所述低表面能物质为硅烷偶联剂。

上述的超疏水木材，优选的，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。该硅烷偶联剂的沸点低，不需很高的温度即可从液相转为气相，从而无需苛刻的条件亦可实现对纳米粒子的包覆。

上述的超疏水木材，优选的，所述微纳米级沟槽的尺寸为100nm～5μm，所述纳米级突起的尺寸为20nm～100nm。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的超疏水木材的制备方法，包括以下步骤：

1)对木材进行碱处理；

2)将反应液经数次气相沉积反应沉积在碱处理后的木材表面，直到木材表面滚动角低于10°，即得到所述超疏水木材；

其中每次气相沉积反应过程中木材与反应液的体积比为1:0.5～1:2；所述反应液是由0.2～0.5重量份纳米粒子、2～5体积份硅烷偶联剂和40～80体积份无水乙醇，并经超声震荡后形成分散均匀的溶液，所述重量份和体积份的单位比例对应关系为g/ml。

上述的制备方法，优选的，所述步骤1)中，木材碱处理的具体操作方法为：将木材浸泡于碱溶液中18h～24h后，然后将碱溶液浸泡后的木材放入去离子水中用超声波清洗5～15min，最后对清洗后的木材进行真空干燥。采用碱溶液液浸泡处理木材，使木材表面暴露更多的羟基基团，该基团引导纳米粒子在木材表面形核和生长。

上述的制备方法，优选的，所述碱溶液为1wt％～wt7％的氢氧化钠溶液或1wt％～wt7％的氢氧化钾溶液。碱溶液的浓度在1wt％～wt7％之间时处理木材可使碱溶液的反应活性、渗透性提高至最优，从而有利于制备具有一定深度的、在木材内部及表面沉积的超疏水物质。