疏水木材的制备方法和组合物技术

本发明专利技术描述了一种木质基材表面疏水处理的方法。该方法为使用一种疏水处理组合物，通过浸涂、旋涂、刷涂、淋涂、喷涂的方式施用于上述木质基材表面，以起到使木质基材疏水的目的。处理后的木材与水的接触接可达140

【技术实现步骤摘要】
疏水木材的制备方法和组合物


[0001]本专利技术涉及木材改性领域，主要涉及疏水木材的制备方法和木材疏水处理组合物。

技术介绍

[0002]木材是林业的主产物，对于人类生活的多个方面起着重要的支持作用。木材主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，属于一种天然的有机复合材料。古往今来，木材由于其优异的机械性能、低廉的价格被广泛用于建筑、家具等领域。此外，以木材为原料加工而来的复合材料，如多层板、颗粒板、密度板等也得到了越来越广泛的应用。
[0003]木材作为一种天然材料，容易受到多种生物或者非生物因素的破坏。在非生物因素中，水对木材的危害最大。由于具有多孔的结构以及亲水的细胞壁组织，木材甚至能够从环境中吸收超过自身重量的水分。未被处理的木材会持续与周围环境做水分交换，时而吸水膨胀、时而失水收缩。往复的膨胀、收缩会最终造成木材的开裂或变形。因此，通过表面改性对木材进行保护，特别是对木材进行表面疏水改性，对于防止木材表面积水，保持木材的形貌、延长木材的使用时间等方面具有重要意义。此外，表面疏水还可以带来脱附、防粘和自清洁等功能。
[0004]总体而言，木材表面疏水处理有两类策略：1)降低材料表面能；2)增加材料表面粗糙度。降低表面能通常需要使用含氟化学试剂处理木材(FluorinationasanEffectiveWaytoReduceNaturalFibersHydrophilicity[M].SpringerNetherlands,2016.)，此类方式通常依赖专业设备，操作复杂，且需要使用有毒试剂。相比之下，增加材料表面粗糙度通常使用含硅药剂，更为环保。但是，由于含硅药剂或者制备方法复杂(Facilepreparationofmechanicallydurable,self
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healingandmultifunctionalsuperhydrophobicsurfacesonsolidwood[J].Materials&Design,2018,140(30
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6.)，或者处理木质基材的操作繁琐(DevelopmentofabrasionresistanceSiO2nanocompositecoatingforteakwood[J].ProgressinOrganicCoatings,2016,93(118
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26)，所以专利技术一种可以使用容易制备、价格低廉组合物，以便捷的施工方式制备疏水木材的方式具有重要意义

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术准备疏水木材或需要使用昂贵的含氟试剂，或施工方法繁琐的含硅试剂的问题，专利技术人专利技术了一种制备方法简单、原料廉价易得的木材疏水处理组合物；并建立了使用上述组合物制备疏水木材的方法。
[0006]具体而言，上述木材疏水处理组合物是一种核壳型纳米颗粒，核为由如通式(1)所示的一种烷基卤硅烷或多种烷基卤硅烷的混合物，在部分水解的条件下，通过自组装形成的具有复杂精细结构的活性纳米颗粒。壳为如通式(2)所示的聚醚改性聚硅氧烷。核与壳之间通过非共价键相互作用结合。核结构中存在具有高反应活性的Si
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X键，在与包括实木、多
层板、颗粒板、密度板、竹胶板等在内的木质基材接触后，上述Si
‑
X键会与纤维素、半纤维素或木质素结构中的羟基发生反应生成Si
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O
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C键。由于上述核壳型纳米颗粒通过共价键与木质基材结合，所以上述纳米粒子与木质基材的结合非常稳定，具有优秀的附着力。
[0007]上述核壳型纳米颗粒组合物的合成方法，其特征在于包括如下步骤：
[0008]步骤1：制备聚醚改性聚硅氧烷水溶液。在容器中加入0.15g符合通式(2)的聚醚改性聚硅氧烷，再加入0.3mL去离子水，轻微震荡，使两种液体混合均匀。
[0009]步骤2：在25mL玻璃瓶中加入1mL符合通式(1)的烷基卤硅烷，再加入5mL有机溶剂I，放于涡旋振荡器中涡旋，配制成符合通式(1)的烷基卤硅烷的稀溶液。
[0010]步骤3：取步骤1中制备的聚醚改性聚硅氧烷水溶液27μL，快速加入步骤2中制备的符合通式(1)的烷基卤硅烷的稀溶液中，立即旋紧瓶盖。
[0011]步骤4：将步骤3所得混合物在涡旋振荡器中涡旋，而后迅速转移至超声仪中开盖超声，再旋紧瓶盖，涡旋，而后将瓶盖旋松，放于通风橱中静置。
[0012]步骤5：步骤4所得反应液，在反应结束后，在瓶中加入15mL有机溶剂II稀释，旋紧瓶盖，再于涡旋振荡器中涡旋，即得组合物。
[0013]优选地，步骤1中容器为10mL圆底烧瓶；
[0014]优选地，步骤2和步骤5中，有机溶剂I和有机溶剂II采用相同的有机溶剂，可以为石油醚、正己烷。
[0015]优选地，步骤2中，涡旋振荡器的转速为5000r/min，涡旋时间为5s；步骤4中涡旋振荡器的转速为10000r/min，第一次涡旋时间为1min，第二次涡旋时间为30s，超声时间为10s；步骤5中，涡旋振荡器的转速为5000r/min，涡旋时间为5s；
[0016]优选地，步骤4中反应时间为2h。
[0017]使用上述组合物制备疏水木材的方法如下：
[0018](1)将上述组合物喷涂于木材表面，使木材表面完全被组合物混合液润湿，放于常温通风处干燥30min，即可得疏水木材。
[0019](2)将木材完全浸入上述组合物中，立即取出，放于常温通风处干燥30min，即可得疏水木材。
[0020](3)用刷子蘸取组合物，刷涂于木材表面，使木材表面被完全润湿，放于常温通风处干燥 30min，即可得疏水木材。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022](1)本专利技术所述木材疏水处理组合物是一种结构新颖的核壳型纳米颗粒；这一组合物合成原料廉价易得，合成方法简单。
[0023](2)使用本专利技术所述疏水组合物对木质基材进行处理的操作简单，上述组合物可与木质基材通过共价键结合，附着力好。
[0024](3)使用本专利技术所述组合物对木材进行疏水处理的木材，具有优异的疏水效果。
具体实施方式
[0025]下面结合实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0026]实施例1
[0027]木材疏水处理组合物合成步骤：
[0028]配制烷基卤硅烷溶液：在5mL玻璃瓶中加入0.2mL十八烷基三氯硅烷(OTS)，再加入1mL 石油醚，于转速5000r/min涡旋振荡器中涡旋5s，配制成OTS的稀溶液。
[0029]配制聚醚改性聚硅氧烷水溶液：在10mL烧瓶中加入0.15g聚硅氧烷BYK
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349，再加入0.3 mL去离子水，轻微震荡，使两种液体混合均匀。
[0030]用移液枪移取6μL聚醚改性聚硅氧烷水溶液，快速加入烷基卤硅烷溶液中，立即旋紧瓶盖，在10000r/min涡旋振荡器中涡旋1min，而后迅速转移至超本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种木质基材的表面疏水处理方法。所述木质基材包括：实木、多层板、颗粒板、密度板、竹胶板等。所述处理方法为使用一种疏水处理组合物，通过浸涂、旋涂、刷涂、淋涂、喷涂的方式施用于上述木质基材表面，以起到使木质基材疏水的目的。所述疏水处理组合物，是一种壳型纳米颗粒组合物，其特征在于：(1)核为如通式(1)(图1)所示的一种烷基卤硅烷或多种烷基卤硅烷的混合物，在部分水解的条件下，通过自组装形成的具有复杂精细结构的活性纳米颗粒。(2)壳为如通式(2)(图2)所示的聚醚改性聚硅氧烷。核与壳之间通过非共价键相互作用结合。(3)核结构中存在具有高反应活性的Si
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X键，在与包括实木、多层板、颗粒板、密度板、竹胶板等在内的木质基材接触后，上述Si
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X键会与纤维素、半纤维素或木质素结构中的羟基发生反应生成Si
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O
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C键。通式(1)中，R1、R2选自卤素、取代或未取代的烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂环基；所述取代基为烷基、卤素、烷氧基、亚甲二氧基；R1、R2可以相同或不同通式(2)的聚醚改性聚硅氧烷，分子的一端为聚醚基团，具有亲和水相的作用，为亲水基团，另一端为聚硅氧烷基团，具有亲和有机相的作用，为亲有机基团。2.一种如权利1所述的壳型纳米颗粒组合物。3.上述核壳型纳米颗粒组合物的合成方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：制备聚醚改性聚硅氧烷水溶液。在容器中加入0.15g符合通式(2)的聚醚改性聚硅氧烷，再加入0.3mL去...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小河，董奇鑫，孙延浩，王莉君，李恒朝，鲁安琪，
申请(专利权)人：北京绮一舟新材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：