[发明专利]一种多功能可修复超疏水木材的制备方法

说明书

本发明属于一种多功能可修复超疏水木材的制备方法，步骤是：（1）在木材表面涂覆透明聚二甲基硅氧烷（PDMS）底层，一方面填平木材表面微沟槽结构，另一方面作为疏水物质储存库；（2）配制全氟烃基甲基丙烯酸共聚物（PMC）/二氧化钛（TiO₂）有机/无机复合溶液；（3）将上述复合溶液喷涂于预置PDMS底层的木材表面，通过加热固化形成微/纳米二级粗糙结构，从而制得超疏水木材。本发明获得的超疏水木材具有疏水、疏油、光催化、耐光老化性能以及可修复功能，解决了以往制备的超疏水木材表面膜层机械稳定性差、易受有机污染物及紫外光侵害等缺陷。该方法操作简单，绿色环保，可规模化生产，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于一种多功能可修复超疏水木材的制备方法。

背景技术

木材是国际公认的四大原材料（钢材、水泥、木材、塑料）中唯一的可再生资源，广泛被应用于建筑、家具制造和室内装饰等领域。由于木材具有大量的亲水基团和丰富的孔隙结构，长期置于潮湿环境下易从外界吸收水分产生变形、开裂、腐朽、变色等缺陷。传统的疏水处理，如热处理、乙酰化、树脂浸渍处理等只能在一定程度上减缓木材对水分的吸收，但无法从根本上抑制水分特别是液态水对木材的侵入。

自然界中许多生物的表面都表现出优良的超疏水性能（水接触角大于150º，滚动角小于10º），典型代表有：荷叶表面、猪笼草叶柄表面等，水滴在其表面容易滚动并带走附着在其表面的灰尘，起到自清洁的效果。受到自然界超疏水现象的启发，如果能够在木材基底上构建类似荷叶表面的微/纳米多级结构，使木材表面具有超疏水特性，则可以有效地抵御液态水的浸润，从而解决木材因对水分的吸收而导致的尺寸不稳定、生物降解等问题。

近年来，受“荷叶效应”的启示，国内外针对超疏水木材制备技术开展了一系列研究和探索，主要研究思路是在木材表面引入无机纳米粗糙结构并修饰低表面能物质。虽然溶胶-凝胶法、水热法、层层自组装法、等离子体技术等被成功应用于超疏水木材的制备，但仍有诸多未解决的技术瓶颈限制了超疏水木材的实际应用。首先，超疏水表面的精细粗糙结构比较脆弱且与木材表面较难通过化学键紧密连接，容易受加工和使用过程中的冲击、磨擦等机械作用而损坏，使其丧失超疏水性能；其次，超疏水木材户外使用过程中不可避免会受到太阳紫外光辐射、雨水侵蚀以及生物腐朽的作用，使超疏水涂层失效从而丧失疏水及自洁性能；另外，超疏水表面接触低表面能液体（如乙二醇、咖啡、可乐等）也会使表面因受到有机污染而失去疏水能力。因而，制备具有多功能和耐久性的超疏水涂层是超疏水木材研究亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是设计一种多功能可修复超疏水木材的制备方法,解决以往制备的超疏水木材表面膜层机械稳定性差、易受有机污染物及紫外光侵害等缺陷，具有疏水、疏油、光催化、耐光老化性能以及可修复功能，方法操作简单，绿色环保，可规模化生产，稳定性，耐久性好，耐机械磨擦和使用寿命长的优点。

为此, 本发明的方法有如下步骤：

（1）以乙酸丁酯为溶剂，按照聚二甲基硅氧烷和固化剂10:1的比例，配制质量百分比浓度为7%～15%的聚二甲基硅氧烷溶液。

（2）用以上配制的聚二甲基硅氧烷溶液对木材进行浸渍涂膜处理，浸渍涂膜时间为10～15 min；将浸渍涂膜处理后的木材在75～85ºC下，加热固化5～8 h，获得预置聚二甲基硅氧烷底层的木材，聚二甲基硅氧烷底层一方面填平木材表面微沟槽结构，另一方面作为疏水物质储存库。

（3）将粒径20～30 nm的二氧化钛纳米粒子与全氟烃基甲基丙烯酸共聚物溶于蒸馏水中配制全氟烃基甲基丙烯酸共聚物-纳米二氧化钛的有机-无机复合涂膜溶液。

其中，粒径20～30 nm的二氧化钛纳米粒子:全氟烃基甲基丙烯酸共聚物:水的质量比为1～1.25:1:25～35。

将有机-无机复合溶液在室温下搅拌0.5～1 h，再超声处理0.5～1 h使纳米粒子在溶液中均匀分散，得有机-无机复合超疏水涂膜溶液。