[发明专利]一种全表面超疏水抗冻高强木材及其制造方法

权利要求书

1.一种全表面超疏水抗冻高强木材的制造方法，其特征是：所述全表面超疏水抗冻高强木材为去除部分木质素和半纤维素的致密化全表面疏水木材；全表面超疏水抗冻高强木材的制造包括3个步骤：

1）部分去除木质素和半纤维素；

2）疏水处理；

3）热压致密化；

所述部分去除木质素和半纤维素的具体过程为：

将原木在沸水中煮至沉底；取出木材并将其置于沸腾的NaOH和Na₂SO₃混合溶液中6~8小时；洗净烘干；所述洗净是指将处理过的木材放入水中煮沸2~3次；所述烘干的温度60~65℃，时间1~3小时；

所述致密化是指木质管道以及多空木质细胞壁部分坍塌，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内表面的协同疏水性，即木材外表面和木材孔道内表面同时具备疏水性；木材外表面的接触角为150°~155°；而在撕开的木头内表面，其接触角分别为120°~140°；

所述去除部分木质素和半纤维素是指处理后木质素含量为15~20wt%，半纤维素含量为6~8wt%；

所述全表面超疏水抗冻高强木材，抗弯强度较同材质原木提高3~5倍；

所述全表面超疏水抗冻高强木材，经历50次冻融循环后依然保持尺寸稳定性；10次冻融循环后其抗弯强度保持80%以上，50次冻融循环后其抗弯强度保持50%以上。

2.根据权利要求1所述的一种全表面超疏水抗冻高强木材的制造方法，其特征在于，NaOH和Na₂SO₃混合溶液中，NaOH浓度为2.0~3.0M，Na₂SO₃浓度为0.3~0.5M。

3.根据权利要求2所述的一种全表面超疏水抗冻高强木材的制造方法，其特征在于，洗净后的木材还放入0.1~0.2M的盐酸溶液或乙酸溶液中，调节pH值为中性。

4.根据权利要求1所述的一种全表面超疏水抗冻高强木材的制造方法，其特征在于，所述疏水处理是指在木材表面及木材孔道中吸附疏水纳米粒子与全氟硅烷；疏水处理采用吸附疏水纳米粒子与全氟硅烷溶液并干燥的方法；疏水处理后，木材外表面的接触角为155°~160°；而在撕开的木头内表面，其接触角为140°~150°。

5.根据权利要求4所述的一种全表面超疏水抗冻高强木材的制造方法，其特征在于，所述疏水纳米粒子与全氟硅烷溶液的浓度范围为1~2 wt%，溶剂为乙醇或水；

所述疏水纳米粒子为疏水球形氧化硅纳米粒子、疏水链状二氧化硅纳米粒子、疏水氧化锌纳米粒子或疏水三氧化二铝中的一种以上，粒子尺寸从10nm~1000nm；

所述全氟硅烷为十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷或全氟十二烷基三氯硅烷中的一种以上。

6.根据权利要求5所述的一种全表面超疏水抗冻高强木材的制造方法，其特征在于，所述吸附采用真空吸附法，具体过程为：

a） 配置疏水纳米粒子溶液与全氟硅烷溶液；

b）疏水纳米粒子的注入：将1~2wt% 疏水纳米粒子溶液与木材置于真空干燥箱中抽真空，真空度范围为1bar-2bar，保压10~30分钟；

c） 挤压；吸附完成后，使用挤压机在木材表面施加800~1000KPa的压力并重复挤压-释放过程15-20次，促进纳米粒子进入木材孔道；

d） 全氟硅烷溶液的注入；将1-2wt%全氟硅烷溶液与木材置于真空干燥箱中，抽真空，真空度为1~2bar，保压10~30分钟；

e） 重复c）~d）1-5次；

f） 干燥；温度20~25℃，6-8小时。

7.根据权利要求1所述的一种全表面超疏水抗冻高强木材的制造方法，其特征在于，所述热压致密化是指热压过程要求在90-110℃条件下，在木材表面施加1~5MPa的压力并在3~5秒内使木材厚度减小到初始厚度的30~40%并不再变化，然后保持热压状态10~30分钟。