有机-无机杂化超疏水疏油防霉杀菌阻燃耐候木材改性剂的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种木材改性剂的制备方法。
【背景技术】
[0002]木材因其独特的组成成分和具有的蜂窝状多孔结构而易吸水致膨胀变形，易解水致开裂翘曲，易受霉菌侵蚀致腐朽降解，易受火、侯影响致光热降解等。为延长木材的使用寿命、提高其防水、防腐、耐候、阻燃等耐久性，人们对天然的木材进行改性，现有的对木材改性的方法有以下几种:一、利用乙烯基单体(申请号为200710072699.2的中国专利)或杂环可聚合单体(在中国的公布号为CN1671526A的国际专利)形成聚合物处理木材，使木材的力学性能提高的同时部分改善耐久性，但这种方法使用的改性剂或毒性高或后期释放气体或致使木材脆性高，且几乎没有阻燃防腐耐候等功能；即便在此基础上添加各种阻燃、防腐、防水和耐候改性剂，耐久性改善效果也欠理想，造成成本过高;二、利用晶体铜盐(申请号为200480023283.6的中国专利)注入木材的孔结构内或木材表面，使木材具有防腐性能、阻燃性能，这种方法易改变木材颜色、使用的水性溶剂易流失而造成环境污染和改性效力的丧失；或者以氨类化合物、含磷化合物、醛类化合物等(申请号为200610051758.3的中国专利)注入木材的孔结构内或木材表面，使木材具有防腐性能、阻燃性能等，这类方法的改性剂或有异味或释放甲醛、毒性高，且易溶于水而流失造成功能丧失，无室外耐候性能导致木材表面降解等;三、利用硅氧烷前驱体处理木材细胞腔(申请号为200710050082.0的中国专利)或细胞壁(申请号为200710122002.8的中国专利)，使木材的热稳定性、尺寸稳定性得到改善，这种方法操作过程复杂，且无法同步显著提高木材防腐、防水、阻燃和耐候等性能；
四、利用蜂蜡处理木材赋予木材疏水性(申请号为200810030688.2的中国专利)，但蜂蜡热稳定性差、疏水效力不能持久;且对木材阻燃、防腐和耐候等性能几乎无有益改善;五、近年来，新兴的颠覆性革新技术一纳米超疏水仿生荷叶自清洁技术，得到广泛认可和深入研究，可以使木材从根本上防水，是一种非常有应用前景的新技术，但无法同步赋予木材防水、防油污染、阻燃、杀菌防霉、室外耐光候等，尚存在不同程度的问题。如利用在木材表面生成纳米Ti02(申请号为200910310793.6的中国专利)赋予木材疏水特性，但处理方法复杂，条件要求苛刻，且一定程度上因T12的光催化活性致木材光降解加速、耐候性显著降低;如利用纳米颗粒(Si02、Ti02、Al203、Zn0 等)直接(申请号为 201410139161.9、201510258918.0)或表面改性(申请号为201410192253.3)后，直接喷涂于木材表面(申请号为201510413485.1)，或与聚合物(申请号为 201310395663.3^201410653342.3^201410006256.3)改性制备成涂料，再经表面涂饰或浸注于木材中，赋予木材超疏水自清洁特性，但纳米颗粒在聚合物中分散不均匀，致使赋予木材的超疏水效果欠佳，且无杀菌防霉和耐候特性;如利用纳米颗粒的前驱体一有机硅烷(正硅酸乙酯、三氯硅烷等)、有机钛烷(钛酸四丁酯)等通过溶胶-凝胶法制备纳米Si02、Ti02的溶胶(申请号为201210466649.3/201510508485.X)，再与聚合物(申请号为201010223126.7)复合，但因原位生成的纳米颗粒与聚合物的表面能差异大，而无法构筑纳米颗粒均匀分散且杂化体表面能低的涂层，致使疏水效果不够理想，且无防腐杀菌阻燃耐候等功能；尽管利用含氟聚合物(申请号为201010590203.2、201210383399.7)或含氟硅氧烷表面改性(申请号为201510472473.6)可以有效解决上述专利尚存在的耐候和超疏水自清洁问题，但申请号为201010590203.2的发明专利所述的纳米颗粒存在分散性问题，且涂层所需溶剂为油溶性化学物质，具有VOC释放大、污染环境的问题；申请号为201210383399.7的发明专利所述的纳米二氧化硅溶胶未经表面修饰处理，致使其表面能高、与低表面能的含氟聚合物的界面相容性差，导致疏水效果欠佳，且无阻燃杀菌等功能；申请号为201510472473.6的发明专利所述的含氟硅聚合物微纳米乳液中没有成膜物质，涂膜的耐久性欠佳，且无杀菌防霉阻燃等功能。
[0003]以上的这些方法的改性剂或是毒性高、有特殊异味、抗流失能力差、VOC释放大污染环境、操作过程复杂、成本高，或是纳米颗粒的原位分散性差致使超疏水效果欠佳，或是只能改善木材的防水单一性能，而多种试剂复合时又往往影响彼此间的相互效力，且增加木材处理的步骤和成本等，尚无一种操作简单、环境友好、成本低廉、多功能(防水、防油、杀菌防霉、阻燃、耐候等)复合的木材改性试剂。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有木材的改性剂毒性高、有特殊异味、抗流失能力差、污染环境、功能单一的技术问题，而提供了一种有机-无机杂化超疏水疏油防霉杀菌阻燃耐候木材改性剂的制备方法。
[0005]有机-无机杂化超疏水疏油防霉杀菌阻燃耐候木材改性剂的制备方法按照以下步骤进行:
[0006]—、按质量百分比分别称取2%_10%的有机烷氧基硅烷、10%_40%的去离子水、50%-88%的无水乙醇，混合后室温下磁力搅拌5分钟，得混合物；
[0007]二、加入功能试剂A调节pH值，在一定温度下磁力搅拌一定时间；
[0008]步骤二中所述的功能试剂A为甲酸、冰乙酸、柠檬酸及盐酸中的一种或任意几种任意比例的组合物，调节pH值为2.5-5，在25 °C -80 °C磁力搅拌0.5h_24h ；
[0009]步骤二中所述的功能试剂A或者为氨水、NaOH中的一种或两者任意比例的组合物，调节pH值为7.5-9，对应的反应温度为20 0C -30 °C和时间为0.lh_l 2h;
[0010]三、加入功能试剂B再次调节pH值为5-6;
[0011 ]步骤三中所述的功能试剂B与步骤二中的功能试剂A对应匹配:
[0012]当步骤二中所述的功能试剂A为甲酸、冰乙酸、柠檬酸及盐酸中的一种或任意几种任意比例的组合物时，步骤三中所述的功能试剂B为2-氨基-2-甲基-1-丙醇与硼砂的组合物；其中，2-氨基-2-甲基-1 -丙醇占组合物总质量的50 % -70 %，硼砂占组合物总质量的30%-50% ；
[0013]或者当步骤二中所述的功能试剂A为氨水、NaOH中的一种或两者任意比例的组合物时，步骤三中所述的功能试剂B为草酸与硼酸的组合物；其中，草酸占组合物总质量的50%-70%，硼酸占组合物总质量的30%-50% ；
[0014]四、加入含氟硅烷偶联剂，含氟硅烷偶联剂的加入量为步骤一中去离子水、无水乙醇和有机烷氧基硅烷液体总质量的0.1 %_1 %，在20°C_60°C磁力搅拌0.5h-24h;
[0015]五、加入水性含氟高分子化合物、固化剂、功能试剂C，室温下搅拌均匀后，即得有机-无机杂化超疏水疏油防霉杀菌阻燃耐候多功能木材改性剂；
[0016]水性含氟高分子化合物加入量为步骤一中去离子水、无水乙醇和有机烷氧基硅烷液体总质量的0.1%-1%，固化剂加入量为含氟高分子化合物质量的0.5%-1 %，功能试剂C加入量为步骤一中去离子水、无水乙醇和有机烷氧基硅烷液体总质量的I；
[0017]步骤五所述的功能试剂C为双氰胺、磷酸氢二铵及磷酸二氢铵中的一种或任意几种任意比例的组合。
[0018]步骤一中所述的有机烷氧基硅烷为正硅酸乙酯或正硅酸甲酯。
[0019]步骤四中所述含氟硅烷偶联剂为十七氟癸基三甲氧基硅烷或十七氟硅基三乙氧基娃烧。
[0020]步骤五中所述的水性含氟高分子化合物为水性三氟氯乙烯-乙烯基醚聚合物(FEVE)或其与水性氟硅改性丙烯酸树脂、水性硅丙乳液、水性聚氨酯改性丙烯酸树脂中一种或任意几种任意比例的组合;其中，为组合物时，FEVE占总质量的50%~70%；其余树脂占总质量的30 % -50 %，彼此间任意比例。
[0021]其中，水性三氟氯乙烯-乙烯基醚聚合物购买自日照弗尔曼新材料科技有限公司，商品名称为FEVE。水性氟硅改性丙烯酸树脂、水性硅丙乳液和水性聚氨酯改性丙烯酸树脂，皆购自中联弗曼科技(北京)有限公司。
[0022]步骤五所述的固化剂为己二酸二酰肼或其与六亚甲基二异氰酸酯的组合;其中，当步骤五所述的水性含氟高分子化合物为水性三氟氯乙烯-乙烯基醚聚合物时，对应的固化剂为己二酸二酰肼；当步骤五所述的水性含氟高分子化合物为水性三氟氯乙烯-乙烯基醚聚合物与水性氟硅改性丙烯酸树脂、水性硅丙乳液、水性聚氨酯改性丙烯酸树脂中一种或多种的组合时，对应的固化剂为己二酸二酰肼和六亚甲基二异