[發(fā)明專利]一種全表面超疏水抗凍高強(qiáng)木材及其制造方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201911322882.2 | 申請(qǐng)日: | 2019-12-20 |
| 公開(公告)號(hào): | CN111015857B | 公開(公告)日: | 2021-04-02 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 楊麗麗;劉夢(mèng);葛鄧騰;趙一平;解曉雨;俞婷 | 申請(qǐng)(專利權(quán))人: | 東華大學(xué) |
| 主分類號(hào): | B27K3/08 | 分類號(hào): | 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(tǒng)攝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31303 | 代理人: | 杜亞 |
| 地址: | 201620 上*** | 國(guó)省代碼: | 上海;31 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 一種 表面 疏水 高強(qiáng) 木材 及其 制造 方法 | ||
本發(fā)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(zhì)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(nèi)部孔道中,最后進(jìn)行熱壓致密化處理獲得超疏水抗凍高強(qiáng)木材。本發(fā)明的超疏水抗凍高強(qiáng)木材為致密化全表面疏水木材;所述致密化是指木質(zhì)管道以及多孔木質(zhì)細(xì)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(nèi)表面的協(xié)同疏水性。本發(fā)明的抗凍高強(qiáng)木材,抗彎強(qiáng)度較同材質(zhì)原木提高2~4倍;在分別經(jīng)歷10次和50次凍融循環(huán)后其抗彎強(qiáng)度分別保持80%以上和50%以上;即使經(jīng)歷50次凍融循環(huán)后依然保持尺寸穩(wěn)定性。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬木材制造技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種全表面超疏水抗凍高強(qiáng)木材及其制造方法。
背景技術(shù)
幾個(gè)世紀(jì)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(yīng)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(zhì)素構(gòu)成的復(fù)合材料,具有豐富的多孔結(jié)構(gòu),沿生長(zhǎng)方向有管狀通道。木材的多孔特性決定其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低,一般拉伸強(qiáng)度在100MPa以下;木材組成決定其具有吸濕性強(qiáng)的特點(diǎn),同時(shí)也是制約其應(yīng)用的兩個(gè)關(guān)鍵問題。此外,由于大量親水基團(tuán)的存在,會(huì)導(dǎo)致許多有害影響,包括霉變、尺寸不穩(wěn)定、開裂、生物降解等,這些影響嚴(yán)重縮短了木材的使用壽命。因此,提高木材的強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)其全表面疏水性是拓展應(yīng)用領(lǐng)域、延長(zhǎng)使用壽命的重要手段。
為了提高機(jī)械性能,采用蒸汽、熱、氨或冷軋進(jìn)行預(yù)處理,再進(jìn)行致密化處理。然而,這些方法會(huì)導(dǎo)致致密化不完全,相鄰納米纖維之間無法形成強(qiáng)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(xué)性能降低。美國(guó)馬里蘭大學(xué)的胡良斌等人報(bào)道了一種通過去除木質(zhì)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(fā)現(xiàn),相鄰的纖維素納米纖維之間形成的豐富氫鍵對(duì)增強(qiáng)纖維的強(qiáng)度和韌性起著關(guān)鍵作用。然而,即使致密化的木材,由于木材中的孔隙結(jié)構(gòu)為水分在木材內(nèi)部的流通提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)使木材本身固有親水性,在吸水后會(huì)容易發(fā)生霉變和體積膨脹,在寒冷和潮濕地區(qū)甚至?xí)?jīng)歷周期性的霜凍或凍融循環(huán),隨著冰晶生長(zhǎng),木材發(fā)生膨脹,導(dǎo)致木材力學(xué)性能嚴(yán)重降低,抗彎強(qiáng)度下降到初始強(qiáng)度的33%左右,同時(shí)木材表面會(huì)發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象,這嚴(yán)重制約了木材的應(yīng)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(fā)了溶膠-凝膠、浸涂、噴涂、熱液、軟光刻、大氣壓介質(zhì)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(jī)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(dá)到120°-160°,呈現(xiàn)出優(yōu)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(jìn)行疏水或超疏水處理,一旦木材表面出現(xiàn)裂縫或其他損傷,內(nèi)部親水的纖維和孔道結(jié)構(gòu)會(huì)暴露在外界環(huán)境中,水分子極易滲透到木材的內(nèi)部中。因此如何構(gòu)建一個(gè)全表面疏水木材是非常具有挑戰(zhàn)性的,其關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)木材內(nèi)部的疏水現(xiàn)有技術(shù)有兩大類,第一類是利用疏水處理劑的滲透注入,但是當(dāng)木材發(fā)生斷裂破或其他損傷,內(nèi)部疏水層也同時(shí)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(nèi)可以形成保護(hù)空氣層,阻止水分子的進(jìn)入。然而由于天然木材孔道結(jié)構(gòu)不連通的限制,常規(guī)滲透方法的滲透深度不夠,滲透量較少,木材內(nèi)表面的疏水效果并不理想。因此,作為結(jié)構(gòu)材料的全表面疏水性木材還未見報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種全表面超疏水抗凍高強(qiáng)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(nèi)表面同時(shí)具有疏水性)的高效抗凍木材及其制造方法。
本發(fā)明的目的之一是提供一種全表面超疏水抗凍高強(qiáng)木材,所述全表面超疏水抗凍高強(qiáng)木材為去除部分木質(zhì)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(zhì)管道以及多空木質(zhì)細(xì)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;
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