一種木材防水劑、其制備方法及利用防水劑制備防水木材的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種硅油乳液木材防水劑及其制備方法，及其在防水處理材上的應 用。
【背景技術】
[0002] 木材是一種天然生物材料，具有紋理美觀、強重比高、可加工性強等優點。隨著人 們生活水平的提高以及對低碳生活的追求，天然可再生材料的使用越來越受到歡迎，在營 建公園及住宅小區時越來越多地將木材作為一種主要的戶外景觀用材，如亭臺、棧道、欄桿 等。與其它材料相比，木材在制造時所需的能源少，釋放出碳的量低，是一種生態環境材料。 [0003]木材的主要成分是纖維素、半纖維素和木素，含有大量吸濕性的羥基。因此，木材 很容易受水分的影響而出現干縮濕脹、變形開裂等問題，在一定程度上限制了木材的使用 價值和應用范圍。暴露于室外環境的木材及木制品，由于受雨水淋溶、潮濕環境等氣候因子 的作用，其表面性狀和品質會發生劣化。如果木材表面具備了類似"荷葉效應"的疏水特性， 在外界雨水沖刷木材時，并不能潤濕木材，水滴或水流在接觸木材表面時，由于重力作用很 快地從木材表面滑落而離開木材，而且防水水處理木材表面的疏水性也有效地防止木材發 生干縮濕漲的變形，提高了木材的穩定性，延長了木材的使用壽命。據報道，將具有荷葉效 應的木材用于室外，具有良好的耐久性和防腐蝕能力。
[0004] 近年來，"荷葉效應"超疏水表面仿生技術防水劑及其處理技術在涂料、紡織、金屬 材料表面加工等行業已經有了較為廣泛的應用。在我國，一些從事木材科學研究的專家學 者也針對這一技術申請了 CN104441091A(吳義強）、CN104441127A(吳義強）、CN104493930A (王成毓）、CN104802249A(王成毓）等一系列專利。本發明選用材料成本較低，處理工藝簡 單，具有很廣泛的行業發展潛力，有著廣泛的可開拓市場，具有較高的經濟附加值，可以實 現木質材料的尚效利用。
[0005] 目前，木材超疏水材料制備技術也存在一些的問題：（1)制備處理方法需要較高成 本的設備，如等離子技術處理木材表面或采用3D打印技術來構造木材表面的微納米結構； (2)木材超疏水防水劑在制備或處理木材時，需要使用丙酮、乙醇、氯仿等含有毒性的有機 溶劑；（3)部分木材超疏水防水劑不能與木材反應形成化學鍵或不能牢固固著在木材上，易 于從木材表面或木材中流失而造成超疏性的減弱。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是針對現有木材防水劑中存在的技術問題提供一種木材防水劑、其 制備方法和利用該防水劑處理木材的方法。本發明的木材防水劑穩定性高，平均粒徑范圍 窄，顆粒均勻，離心穩定性、貯存穩定性高，乳液不分層，無破乳現象，而且可與水以任意比 例混合均勻;利用本發明的防水劑處理材的防水性能好，尺寸穩定性高，顯著降低了木材的 吸濕性，處理后木材表面與水的接觸角大于140-150。
[0007] 為了實現本發明目的，本發明一方面提供一種木材防水劑的制備方法，包括:首先 制備包括羥基硅油、含氫硅油、表面活性劑、納米二氧化硅、微米二氧化硅和水的硅油乳液 原液;接著將硅油乳液原液稀釋成硅油乳液;然后加入催化劑，溶解混合均勻，即得。
[0008] 其中，所述硅油乳液原液中原料羥基硅油、含氫硅油、表面活性劑、納米二氧化硅、 微米二氧化硅和水的重量份配比如下： 羥基硅油 100 400 含氧硅油 10-300 表面活性劑 1-50
[0009] 納米二氧化硅 1-50 微米二氧化硅 1-30 水 100-1000。
[0010] 特別是，所述硅油乳液原液中原料羥基硅油、含氫硅油、表面活性劑、納米二氧化 硅、微米二氧化硅和水的重量份配比優選如下： 羥基硅油 150-250 含氫硅油 50-200 表面活性劑 1-40
[0011] 納米二氧化硅 1-30 微米二氧化硅 1-3:0 本. 200-500,
[0012]尤其是，所述硅油乳液原液中原料羥基硅油、含氫硅油、表面活性劑、納米二氧化 硅、微米二氧化硅和水的重量份配比優選如下： 羥基硅油 190-230 含氣硅油 60-1Q0 表面活性劑 1-35
[0013] 納米二氧化硅 1-20 微米二氧化硅 1-20 水 300-450。
[0014] 特別是，所述硅油乳液原液中原料羥基硅油、含氫硅油、表面活性劑、納米二氧化 硅、微米二氧化硅和水的重量份配比優選如下： 羥基硅油 190-230 含氫硅油 65-95 表面活性劑 15,25
[0015] 納米二氧化硅 7.5-12 微米二氧化硅 2.8-6 水 380-45:0。
[0016] 特別是，所述羥基硅油選自羥基含量4%_8%的羥基硅油;所述含氫硅油選自含氫 量6%的甲基含氫硅油;所述表面活性劑選擇陰離子表面活性劑或非離子表面活 性劑;所述納米二氧化娃為平均粒徑為16_50nm氣相二氧化娃;所述微米二氧化娃的粒徑為 1300-6000 目。
[0017] 尤其是，所述陰離子表面活性劑選自烷基苯磺酸鈉、烷基硫酸鈉等;所述非離子表 面活性劑烷基酚聚氧乙烯醚、聚山梨酸酯等;所述納米二氧化硅選擇平均粒徑為16-50納米 氣相二氧化硅。
[0018] 尤其是，所述烷基苯磺酸鈉選擇十八烷基苯磺酸鈉、二十烷基苯磺酸鈉或十二烷 基苯磺酸鈉，優選為十二烷基苯磺酸鈉;所述烷基硫酸鈉選擇正十八烷基硫酸鈉、十六烷基 硫酸鈉或、十二烷基硫酸鈉，優選為十二烷基硫酸鈉;所述烷基酚聚氧乙烯醚選擇辛基酚聚 氧乙烯醚、二壬基酚聚氧乙烯醚或辛基酚聚氧乙烯醚-10(0P-10)，優選為辛基酚聚氧乙烯 醚-10 (0P-10);所述聚山梨酸酯選擇聚山梨酯80、聚山梨酯60或聚山梨酯40，優選為聚山梨 酯80。
[0019] 其中，所述硅油乳液原液按照如下順序進行的步驟制備而成：
[0020] 1)按照如下重量份配比準備原料 羥基硅油 100-400 含氫硅油 10-300 表面活性劑 1-50
[0021] 納米二氧化硅 1-50 微米二氧化硅 ]-30 水 100-1000。
[0022] 2)將羥基硅油、含氫硅油、表面活性劑、納米二氧化硅、微米二氧化硅和水在攪拌 狀態下進行混合處理，混合均勻后依次進行超聲波處理、高壓均質處理，即得。
[0023] 特別是，步驟1)中所述原料的重量份配比有選為： 羥基硅油 150-250 含氫硅油 50-200 表面活性劑 1-40
[0024] 納米二氧化硅 1-30 微米二氧化硅 1-30 水 2Q0-卸0。
[0025]尤其是，所述原料的重量份配比進一步優選為： 羥基硅油 190-23:0 含氫硅油 60-100
[0026] 表面活性劑 1-35 納米二氧化硅 1-20 微米二氧化硅 1-20
[0027] 水 300-451
[0028] 特別是，所述原料的重量份配比進一步優選為： 羥基硅油 190-230 含氫硅油 65-95 表面活性劑 15-25
[0029] 納米二氧化硅 7.5-12 微米二氧化硅 2.8-6 水 380-450。
[0030] 其中，步驟2)所述攪拌速率500-20000rpm;攪拌時間2 lOmin，優選為10-30min;所 述超聲波處理過程中超聲波頻率為0-40KHZ，優選為40KHz;超聲波處理時間2lOmin，優選 為10-20min;所述均質處理選擇在高壓狀態下的均質處理，均質處理過程中相對壓力為20-80MPa，優選為40-60MPa;均質次數為1-2次。
[0031]特別是，步驟2)中所述混合處理包括如下步驟:在室溫（10-35°C )的條件下，將羥 基硅油、含氫硅油、納米二氧化硅、微米二氧化硅依次加入攪拌容器后，邊攪拌邊依次加入 陰離子表面活性劑或非離子表面活性劑和水，并以6000-10000rpm的速度攪拌10-30min，邊 攪拌邊加入水，并用超聲波處理10_20min，制備硅油初乳液;將硅油初乳液經過高壓均質機 進行高壓均質處理，均質壓力為40MPa-60MPa，均質1-2次，最終制得硅油乳液原液。
[0032]其中，所述稀釋后的硅油乳液的固含量為2-30%，優選為5-20%，進一步優選為8-16%;所述催化劑選擇乙酸鋅或硝酸鋅。
[0033]特別是，所述稀釋后的硅油乳液與催化劑的重量份配比為100:0.1-2,優選為100: 0.1-1.5，進一步優選為 100:0.2-0.5。
[0034] 本發明另一方面提供一種按照上述方法制備而成的木材防水劑。
[0035] 本發明又一方面提供一種上述木材防水劑在提高木材的防水性能、降低木材的吸 濕性能上應用。
[0036]本發明再一方面提供一種利用上述木材防水劑制備防水木材的方法，包括如下順 序進彳丁的步驟：
[0037]A)首先將木材置于浸注罐內，對木材進行抽真空處理；
[0038] B)將木材防水劑導入浸注罐后對木材進行加壓處理；
[0039] C)取出加壓處理后的木材，進行干燥處理，即得。
[0040] 其中，步驟A)中所述抽真空處理過程中相對真空度>_0.1MPa，優選為-0.05~-0 ? IMPa，進一步優選為-0 ? 07 ~-0 ? 095MPa。
[0041] 特別是，步驟A)中所述抽真空處理時間>45min，優選為2 60min，進一步優選為60-90min〇
[0042] 其中，步驟B)所述加壓處理過程中加壓處理的相對壓