[發明專利]一種全表面超疏水抗凍高強木材及其制造方法

有效

• 申請號: 201911322882.2
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111015857B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 楊麗麗;劉夢;葛鄧騰;趙一平;解曉雨;俞婷
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B27K3/08
• 分類號: B27K3/08;B27K5/00;B27K5/04;B27K3/02;B27K3/00;B27K3/32;B27K3/50;B27K3/34;B27K3/22;B27K3/26
• 代理公司: 上海統攝知識產權代理事務所(普通合伙) 31303
• 代理人: 杜亞

本發明涉及一種全表面超疏水抗凍木材及其制造方法，通過部分去除木質素和半纖維素形成海綿化木材，之后通過吸收?擠壓工藝將疏水納米粒子和全氟硅烷注入海綿化木材外表面和內部孔道中，最后進行熱壓致密化處理獲得超疏水抗凍高強木材。本發明的超疏水抗凍高強木材為致密化全表面疏水木材；所述致密化是指木質管道以及多孔木質細胞壁部分坍塌，使木材厚度降低到初始厚度的30～40％，密度增加2.5～3倍；所述全表面疏水是指木材外表面以及木材孔道內表面的協同疏水性。本發明的抗凍高強木材，抗彎強度較同材質原木提高2～4倍；在分別經歷10次和50次凍融循環后其抗彎強度分別保持80％以上和50％以上；即使經歷50次凍融循環后依然保持尺寸穩定性。

技術領域

本發明屬木材制造技術領域，涉及一種全表面超疏水抗凍高強木材及其制造方法。

背景技術

幾個世紀以來，木材以其豐富的自然資源、可再生性、易加工性和良好的保溫隔熱性能被廣泛應用于建筑、裝飾等日常生活中。木材是一種主要由纖維素、半纖維素和木質素構成的復合材料，具有豐富的多孔結構，沿生長方向有管狀通道。木材的多孔特性決定其結構強度低，一般拉伸強度在100MPa以下；木材組成決定其具有吸濕性強的特點，同時也是制約其應用的兩個關鍵問題。此外，由于大量親水基團的存在，會導致許多有害影響，包括霉變、尺寸不穩定、開裂、生物降解等，這些影響嚴重縮短了木材的使用壽命。因此，提高木材的強度，實現其全表面疏水性是拓展應用領域、延長使用壽命的重要手段。

為了提高機械性能，采用蒸汽、熱、氨或冷軋進行預處理，再進行致密化處理。然而，這些方法會導致致密化不完全，相鄰納米纖維之間無法形成強的相互作用，通過這些方法處理木材可能造成木材體積膨脹，力學性能降低。美國馬里蘭大學的胡良斌等人報道了一種通過去除木質素/半纖維素后熱壓的方法得到完全致密化的高性能木材，研究發現，相鄰的纖維素納米纖維之間形成的豐富氫鍵對增強纖維的強度和韌性起著關鍵作用。然而，即使致密化的木材，由于木材中的孔隙結構為水分在木材內部的流通提供了結構基礎使木材本身固有親水性，在吸水后會容易發生霉變和體積膨脹，在寒冷和潮濕地區甚至會經歷周期性的霜凍或凍融循環，隨著冰晶生長，木材發生膨脹，導致木材力學性能嚴重降低，抗彎強度下降到初始強度的33％左右，同時木材表面會發生結冰現象，這嚴重制約了木材的應用和保存。

近年來，許多研究人員致力于在木材表面處理疏水性或超疏水性涂層。開發了溶膠-凝膠、浸涂、噴涂、熱液、軟光刻、大氣壓介質阻擋放電等多種工藝。他們通過在木材表面涂覆含氟聚合物、氟硅烷、有機硅烷等低表面能的表面改性劑，使木材表面與水的接觸角可以達到120°-160°，呈現出優良的疏水性或超疏水性能。然而，這些方法均是在木材表面進行疏水或超疏水處理，一旦木材表面出現裂縫或其他損傷，內部親水的纖維和孔道結構會暴露在外界環境中，水分子極易滲透到木材的內部中。因此如何構建一個全表面疏水木材是非常具有挑戰性的，其關鍵是實現木材內部的疏水現有技術有兩大類，第一類是利用疏水處理劑的滲透注入，但是當木材發生斷裂破或其他損傷，內部疏水層也同時被破壞，新的親水表面便暴露在外，木材不再具有疏水性；第二類是利用疏水納米粒子的滲透吸收，疏水納米粒子在木材孔道內可以形成保護空氣層，阻止水分子的進入。然而由于天然木材孔道結構不連通的限制，常規滲透方法的滲透深度不夠，滲透量較少，木材內表面的疏水效果并不理想。因此，作為結構材料的全表面疏水性木材還未見報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種全表面超疏水抗凍高強木材及其制造方法，具體是一種具有全表面疏水性(即木材外表面以及木材孔道內表面同時具有疏水性)的高效抗凍木材及其制造方法。

本發明的目的之一是提供一種全表面超疏水抗凍高強木材，所述全表面超疏水抗凍高強木材為去除部分木質素和半纖維素的致密化全表面疏水木材；

所述致密化是指木質管道以及多空木質細胞壁部分坍塌，使木材厚度降低到初始厚度的30～40％，密度增加2.5～3倍；