[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

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；