一种高疏水自清洁特性木材的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及木材改性方法，具体涉及一种高疏水自清洁特性木材的制备方法，属于木材加工制作技术领域。
【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、易受菌虫侵蚀致腐朽降解、易受热致燃烧降解等。为延长木材的使用寿命、提高其耐久性，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，这种方法使用的改性剂或毒性高或改变木材颜色或致使木材脆性高，且主要改善力学性能，功能单一；
二、利用晶体铜盐(申请号为200480023 283.6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、使用的水性溶剂造成污染且不能改善木材力学性能；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毒性高或抗流失性差，且不能改善木材的力学性能；
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，且改善木材的力学性能欠佳；
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)，但蜂蜡抗流失能力差，疏水效力不能持久;且对木材力学性能改善欠佳；
五、利用POSS杂化含氟丙烯酸树脂构建木器涂层(申请号201310378783.2的中国专利)，但此处的POSS为亲水性单体，无法赋予自清洁特性;且软硬单体与木材间无化学反应、仅为氢键结合，所以树脂与木材的结合强度欠佳、力学性能差；
六、利用水性核壳结构丙烯酸乳液、笼型倍半硅氧烷表面活性剂杂化构建木器涂层(申请号201510514358.0的中国专利)，但水性涂层的力学强度、耐磨、耐刮檫性能差，且没有自清洁特性；
七、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，且仅能处理木材表面，不能改善木材力学性能。以上的这些方法的改性剂或是毒性高、有特殊异味、改变木材颜色、抗流失能力差、操作过程复杂，或是只能改善木材的某种性能，若想同时改善木材的多种性能，如阻燃性能、防腐性能、尺寸稳定性等，则需复合多种改性剂处理木材，而多种试剂复合时又往往影响彼此间的相互效力，且增加木材的改善成本。
【发明内容】
[0003]本发明是为了解决现有的木材改性方法的改性剂毒性高、有异味、改变木材颜色，处理过程复杂、只能改善木材单一"性能的问题，受荷叶微纳米结构致使自清洁特性启发而提供的一种高疏水自清洁特性木材的制备方法，它的疏水接触角可以高达140°以上、滚动角小于20° ο
[0004]本发明的技术解决方案。
[0005]—种高疏水自清洁特性木材的制备方法，其特征在于:本发明的高疏水自清洁特性木材的制备方法按以下步骤进行:
步骤一:按质量百分比分别称取49%?99%的含氟可聚合单体、O?40%的不饱和单体、
0.5%?10%的含氟改性纳米POSS颗粒和0.5%?1%的引发剂，然后将纳米POSS颗粒搅拌溶于四氢呋喃(P0SS占四氢呋喃的质量百分比为10wt%)中，最后将上述原料混合均匀，得到浸渍液；
步骤二:将木材和经步骤一得到的浸渍液加入到反应罐中，并使木材浸没于浸渍液中，将反应罐密闭后，向其中通入空气，使反应罐中的压力达到0.8MPa?IMPa，并保持20min?30min；
步骤三:将反应罐的压力降至常压，取出木材，再用铝箔纸将浸渍后的木材包裹起来，先在室温常压状态下放置12h?24h，然后加热至温度为80°C?IlOtC并保持Sh?10h，拆除铝箔纸，将木材置于真空干燥箱中，于常温下抽真空至木材恒重，即得高疏水自清洁特性木材。
[0006]其中步骤一中所述的含氟可聚合单体为丙烯酸六氟丁酯、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]步骤一中所述的不饱和单体为(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、烯丙基缩水甘油醚、(甲基)丙烯酸-α_羟基烷基酯、(甲基)丙烯酸氨基烷基酯、多元醇二(甲基)丙烯酸酯和乙烯类单体中的一种或其中几种的组合。
[0008]步骤一中所述的含氟改性纳米POSS为三氟丙基笼形聚倍半硅氧烷(C3H4F3)n(S1u)no
[0009]步骤一中所述的引发剂为偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰。
[0010]本发明的有益效果:
本发明利用无毒、无味、无色、高沸点的含氟可聚合功能性单体或与高活性、高沸点的不饱和单体及与纳米物质组合来改性木材，故处理后的木材未改变颜色，保留了木材的天然“肤色”，且不带残留的气体异味，纳米独特特性复合致使得到环保型、具有优良综合性能和高疏水自清洁特性的改性木材。
[0011 ]借助含氟可聚合功能性单体带有大量的氟原子，通过自身聚合或与其他不饱和单体共聚合成大分子聚合物填充于木材多孔结构中，一方面使木材具有疏水性能，另一方面堵塞水分通过细胞腔渗透入细胞壁的通道，提高了木材的尺寸稳定性，并使微生物在木材内部赖以生存的含水环境被破坏，从而赋予改性的木材一定的防腐性能，同时因木材多孔结构中原位生成了起增强作用的大分子聚合物，故改性后的木材具有了良好的力学性能。
[0012]此外，由于含氟改性的纳米POSS颗粒的均匀分散，颗粒粒径在200nm左右，构建了微纳米分级结构，使得改性木材也具有了一定的自清洁能力，水接触角可达140°以上、水滚动角小于20°，不易沾灰尘、污渍、雨水等，而普通单体处理的木材因不具有疏水性和微纳米分级结构而不具备自清洁能力；
含氟可聚合单体与其他可与木材基质发生反应的功能性单体复配处理木材时，因功能性单体与木材细胞壁组分反应，可使形成的含氟聚合物与木材细胞壁基质间形成良好的界面结合，可进一步改善木材的力学性能和耐久性。
[0013]这种利用含氟单体处理木材的方法使木材的力学性能和耐久性同时得到改善，并赋予木材高疏水自清洁功能，故具有“一剂多效”功能。该法操作过程安全、环保、简便，制备的高疏水性自清洁木材属于绿色环保型木质复合材料。
[0014]本发明制备的高疏水性自清洁木材的顺纹抗压强度为70MPa?98MPa，达到中高等木材的强度，力学性能良好;连续浸水200h的抗胀率达65%，尺寸稳定性好;真菌侵蚀12周后疏水自清洁特性木材在的失重率为6%，防腐性能强;疏水自清洁特性木材表面与水接触角可达140°以上、滚动角小于20°，具有良好的疏水自清洁功能，可广泛用于建筑、交通、军事和家居领域，尤其可作为室内外结构材料和装饰材料。
【附图说明】
[0015]图1:【具体实施方式】八制备的高疏水自清洁特性木材的扫描电镜照片。
[0016]图2:【具体实施方式】八制备的高疏水自清洁特性木材的透射电镜照片。
[0017]图3:【具体实施方式】八制备的高疏水自清洁特性木材与水的接触角照片。
[0018]图4:【具体实施方式】九制备的高疏水自清洁特性木材与水的接触角照片。
[0019]图5:【具体实施方式】十制备的高疏水自清洁特性木材的扫描电镜照片。
[0020]图6:【具体实施方式】十制备的高疏水自清洁特性木材的原子力显微镜照片。
[0021]图7:【具体实施方式】十制备的高疏水自清洁特性木材与水的接触角照片。
【具体实施方式】
[0022]
下面结合附图和实施例来对本发明做进一步描述。
[0023]【具体实施方式】一:
本实施方式的高疏水自清洁特性木材的制备方法按以下步骤进行:一、按质量百分比分别称取49%?99%的含氟可聚合单体、O?40%的不饱和单体、0.5%?10%的含氟改性纳米POSS颗粒和0.5%?1%的引发剂，然后将纳米POSS颗粒搅拌溶于四氢呋喃(P0SS占四氢呋喃的质量百分比为10wt%)中，最后将上述原料混合均匀，得到浸渍液;二、将木材和经步骤一得到的浸渍液加入到反应罐中，并使木材浸没于浸渍液中，将反应罐密闭后，向其中通入空气，使反应罐中的压力达到0.8MPa?