一種高疏水自清潔特性木材的制備方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及木材改性方法，具體涉及一種高疏水自清潔特性木材的制備方法，屬于木材加工制作技術領域。
【背景技術】
[0002]木材因其獨特的組成成分和具有的蜂窩狀多孔結構而易吸水致膨脹變形、易解水致開裂翹曲、易受菌蟲侵蝕致腐朽降解、易受熱致燃燒降解等。為延長木材的使用壽命、提高其耐久性，人們對天然的木材進行改性，現有的對木材改性的方法有以下幾種:
一、利用乙烯基單體(申請號為200710072699.2的中國專利)或雜環可聚合單體(在中國的公布號為CN1671526A的國際專利)形成聚合物處理木材，使木材的力學性能提高，這種方法使用的改性劑或毒性高或改變木材顏色或致使木材脆性高，且主要改善力學性能，功能單一；
二、利用晶體銅鹽(申請號為200480023 283.6的中國專利)注入木材的孔結構內或木材表面，使木材具有防腐性能、阻燃性能，這種方法易改變木材顏色、使用的水性溶劑造成污染且不能改善木材力學性能；或者以氨類化合物、含磷化合物、醛類化合物等(申請號為200610051758.3的中國專利)注入木材的孔結構內或木材表面，使木材具有防腐性能、阻燃性能等，這類方法的改性劑或有異味或毒性高或抗流失性差，且不能改善木材的力學性能；
三、利用硅氧烷前驅體處理木材細胞腔(申請號為200710050082.0的中國專利)或細胞壁(申請號為200710122002.8的中國專利)，使木材的熱穩定性、尺寸穩定性得到改善，這種方法操作過程復雜，且改善木材的力學性能欠佳；
四、利用蜂蠟處理木材賦予木材疏水性(申請號為200810030688.2的中國專利)，但蜂蠟抗流失能力差，疏水效力不能持久;且對木材力學性能改善欠佳；
五、利用POSS雜化含氟丙烯酸樹脂構建木器涂層(申請號201310378783.2的中國專利)，但此處的POSS為親水性單體，無法賦予自清潔特性;且軟硬單體與木材間無化學反應、僅為氫鍵結合，所以樹脂與木材的結合強度欠佳、力學性能差；
六、利用水性核殼結構丙烯酸乳液、籠型倍半硅氧烷表面活性劑雜化構建木器涂層(申請號201510514358.0的中國專利)，但水性涂層的力學強度、耐磨、耐刮檫性能差，且沒有自清潔特性；
七、利用在木材表面生成納米Ti02(申請號為200910310793.6的中國專利)賦予木材疏水特性，但處理方法復雜，條件要求苛刻，且僅能處理木材表面，不能改善木材力學性能。以上的這些方法的改性劑或是毒性高、有特殊異味、改變木材顏色、抗流失能力差、操作過程復雜，或是只能改善木材的某種性能，若想同時改善木材的多種性能，如阻燃性能、防腐性能、尺寸穩定性等，則需復合多種改性劑處理木材，而多種試劑復合時又往往影響彼此間的相互效力，且增加木材的改善成本。
【發明內容】
[0003]本發明是為了解決現有的木材改性方法的改性劑毒性高、有異味、改變木材顏色，處理過程復雜、只能改善木材單一"性能的問題，受荷葉微納米結構致使自清潔特性啟發而提供的一種高疏水自清潔特性木材的制備方法，它的疏水接觸角可以高達140°以上、滾動角小于20° ο
[0004]本發明的技術解決方案。
[0005]—種高疏水自清潔特性木材的制備方法，其特征在于:本發明的高疏水自清潔特性木材的制備方法按以下步驟進行:
步驟一:按質量百分比分別稱取49%?99%的含氟可聚合單體、O?40%的不飽和單體、
0.5%?10%的含氟改性納米POSS顆粒和0.5%?1%的引發劑，然后將納米POSS顆粒攪拌溶于四氫呋喃(P0SS占四氫呋喃的質量百分比為10wt%)中，最后將上述原料混合均勻，得到浸漬液；
步驟二:將木材和經步驟一得到的浸漬液加入到反應罐中，并使木材浸沒于浸漬液中，將反應罐密閉后，向其中通入空氣，使反應罐中的壓力達到0.8MPa?IMPa，并保持20min?30min；
步驟三:將反應罐的壓力降至常壓，取出木材，再用鋁箔紙將浸漬后的木材包裹起來，先在室溫常壓狀態下放置12h?24h，然后加熱至溫度為80°C?IlOtC并保持Sh?10h，拆除鋁箔紙，將木材置于真空干燥箱中，于常溫下抽真空至木材恒重，即得高疏水自清潔特性木材。
[0006]其中步驟一中所述的含氟可聚合單體為丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸十三氟辛酯或甲基丙烯酸十二氟庚酯。
[0007]步驟一中所述的不飽和單體為(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸縮水甘油酯、烯丙基縮水甘油醚、(甲基)丙烯酸-α_羥基烷基酯、(甲基)丙烯酸氨基烷基酯、多元醇二(甲基)丙烯酸酯和乙烯類單體中的一種或其中幾種的組合。
[0008]步驟一中所述的含氟改性納米POSS為三氟丙基籠形聚倍半硅氧烷(C3H4F3)n(S1u)no
[0009]步驟一中所述的引發劑為偶氮二異丁腈或過氧化苯甲酰。
[0010]本發明的有益效果:
本發明利用無毒、無味、無色、高沸點的含氟可聚合功能性單體或與高活性、高沸點的不飽和單體及與納米物質組合來改性木材，故處理后的木材未改變顏色，保留了木材的天然“膚色”，且不帶殘留的氣體異味，納米獨特特性復合致使得到環保型、具有優良綜合性能和高疏水自清潔特性的改性木材。
[0011 ]借助含氟可聚合功能性單體帶有大量的氟原子，通過自身聚合或與其他不飽和單體共聚合成大分子聚合物填充于木材多孔結構中，一方面使木材具有疏水性能，另一方面堵塞水分通過細胞腔滲透入細胞壁的通道，提高了木材的尺寸穩定性，并使微生物在木材內部賴以生存的含水環境被破壞，從而賦予改性的木材一定的防腐性能，同時因木材多孔結構中原位生成了起增強作用的大分子聚合物，故改性后的木材具有了良好的力學性能。
[0012]此外，由于含氟改性的納米POSS顆粒的均勻分散，顆粒粒徑在200nm左右，構建了微納米分級結構，使得改性木材也具有了一定的自清潔能力，水接觸角可達140°以上、水滾動角小于20°，不易沾灰塵、污漬、雨水等，而普通單體處理的木材因不具有疏水性和微納米分級結構而不具備自清潔能力；
含氟可聚合單體與其他可與木材基質發生反應的功能性單體復配處理木材時，因功能性單體與木材細胞壁組分反應，可使形成的含氟聚合物與木材細胞壁基質間形成良好的界面結合，可進一步改善木材的力學性能和耐久性。
[0013]這種利用含氟單體處理木材的方法使木材的力學性能和耐久性同時得到改善，并賦予木材高疏水自清潔功能，故具有“一劑多效”功能。該法操作過程安全、環保、簡便，制備的高疏水性自清潔木材屬于綠色環保型木質復合材料。
[0014]本發明制備的高疏水性自清潔木材的順紋抗壓強度為70MPa?98MPa，達到中高等木材的強度，力學性能良好;連續浸水200h的抗脹率達65%，尺寸穩定性好;真菌侵蝕12周后疏水自清潔特性木材在的失重率為6%，防腐性能強;疏水自清潔特性木材表面與水接觸角可達140°以上、滾動角小于20°，具有良好的疏水自清潔功能，可廣泛用于建筑、交通、軍事和家居領域，尤其可作為室內外結構材料和裝飾材料。
【附圖說明】
[0015]圖1:【具體實施方式】八制備的高疏水自清潔特性木材的掃描電鏡照片。
[0016]圖2:【具體實施方式】八制備的高疏水自清潔特性木材的透射電鏡照片。
[0017]圖3:【具體實施方式】八制備的高疏水自清潔特性木材與水的接觸角照片。
[0018]圖4:【具體實施方式】九制備的高疏水自清潔特性木材與水的接觸角照片。
[0019]圖5:【具體實施方式】十制備的高疏水自清潔特性木材的掃描電鏡照片。
[0020]圖6:【具體實施方式】十制備的高疏水自清潔特性木材的原子力顯微鏡照片。
[0021]圖7:【具體實施方式】十制備的高疏水自清潔特性木材與水的接觸角照片。
【具體實施方式】
[0022]
下面結合附圖和實施例來對本發明做進一步描述。
[0023]【具體實施方式】一:
本實施方式的高疏水自清潔特性木材的制備方法按以下步驟進行:一、按質量百分比分別稱取49%?99%的含氟可聚合單體、O?40%的不飽和單體、0.5%?10%的含氟改性納米POSS顆粒和0.5%?1%的引發劑，然后將納米POSS顆粒攪拌溶于四氫呋喃(P0SS占四氫呋喃的質量百分比為10wt%)中，最后將上述原料混合均勻，得到浸漬液;二、將木材和經步驟一得到的浸漬液加入到反應罐中，并使木材浸沒于浸漬液中，將反應罐密閉后，向其中通入空氣，使反應罐中的壓力達到0.8MPa?