一种竹木材表面构建碳酸钙超疏水结构的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种竹木材表面构建碳酸钙超疏水结构的方法，属于竹质材料和木质材料表面改性技术领域。
【背景技术】
[0002]竹材、木材普遍处在自然界中，与人们的生活与其息息相关，日常生活离不开这些材料。竹材和木材作为一种可再生的天然资源和环境协调性材料，具备天然的优越性而且有着非常广泛的开发前景，但目前由于竹材和木材自身结构和开发技术的原因，其综合利用率并不高。由于竹材和木材的天然缺陷，例如易燃、易腐蚀、不疏水、力学强度不大等，使得它们所能生产的产品的应用和使用受到一定的限制。在利用竹材和木材的时候，为了能够在充分利用其优点的同时，尽量去避开其缺点，就需要采用一些特殊的物理或者化学方法对其进行改性，在提高其性能的同时也提升了它们的应用领域。目前一些比较常见木材的改性方法有木材乙酰化、木材塑合、木材热处理、木材压缩、木材浸渍、木材染色、木材弯曲和木材漂白等。随着社会的进步和发展，探索出了一些新的改性方法，如超临界流体加工技术、木材的溶液化以及利用纳米技术改性，这些改性方法具有诱人的前景和强大的生命力。木材作为一种天然高分子复合材料，利用复合材料理论去研宄木材改性的机理，尤其是木材与化学药剂的交联作用具有重要的研宄意义。通过木材改性，使木材不仅具备原来的某些特性还提高了其它的一些性能，这对于木材的利用具备十分重要的意义。
[0003]碳酸钙具有纳米单元体，是介于宏观世界与微观世界之间的介观世界，具有量子效应、小尺寸效应、表面效应和分形聚集特性等。将碳酸钙材料以分子形式分散在某种材料的表面基体中形成碳酸钙复合材料，其将呈现出许多独特的性质。而碳酸钙是世界上工业化生产的、产量最高的一种粉体材料，用途十分之广泛，特别是近年广西等地对碳酸钙复合材料的研宄报道愈来愈多。大量文献表明，碳酸钙因具有很强的纳米作用，能与很多金属、无机和有机材料无条件地产生很强的相互作用，表现出优异的性能。但是其制备技术发展还不够成熟、工艺还不够完善，不适合大批量工业生产，碳酸钙复合材料在实际应用中的潜力是巨大的，随着对碳酸钙研宄的不断深入和碳酸钙复合材料生产的进一步工业化，其应用领域将会越来越广泛。随着社会和经济的发展，人们越来越追求具有优越性能的材料，不会满足于现有的材料，因此，材料的改性还将是未来一段时间内的主流，除非能够找到替代材料。碳酸钙对于材料改性的作用是不可代替的。
[0004]结合改性对于竹材、木材的意义和碳酸妈对于材料改性的作用，利用碳酸妈对材料进行改性作为一个新兴的研宄领域吸引着世界各国各个行业的科研工作者。用碳酸钙到木材改性和制备功能性木基复合材料之中，是木材科学研宄近年来的新趋势，碳酸钙在木材改性中有多方面的应用。
[0005]但是现有研宄中，碳酸钙在竹材、木材领域中运用主要集中用于防腐抗菌、物理力学改性、阻燃改性、尺寸稳定性研宄等，对于其在表面超疏水的研宄鲜有涉及。为此，本发明采用间接法合成碳酸钙，赋予竹木材表面，构建超疏水结构，然后在碳酸钙薄膜上进行超疏水修饰，使其接触角>150°，滚动角〈10°。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种竹木材表面构建碳酸钙超疏水结构的方法。本发明在竹木材表面形成超疏水保护膜，超疏水效果良好，可代替传统的涂饰技术，具有节能环保的特点。
[0007]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种竹木材表面构建碳酸钙超疏水结构的方法，包括如下的步骤:
[0008](I)制备混合液体:取氢氧化钙、分别为氢氧化钙质量百分数0.1?70%的水、0.01?35%的碳酸、0.01?20%的附着力促进剂、0.001?3%的硅烷偶联剂、0.01?20%的直链饱和脂肪酸、0.001?10%的油蜡、0.001?10%的树胶和0.001?10%的蓖麻油酸钙，混合均匀后，即得混合液体；
[0009](2)将竹材或木材置入步骤(I)所得混合液中，搅拌，温度保持在5?75°C，即得负载有碳酸妈超疏水结构的竹材或木材；
[0010](3)将步骤(2)所得负载有碳酸钙超疏水结构的竹材或木材，用直链饱和脂肪烃类清洗I?5次，再用水清洗O?5次，含水率干燥至I?29%，即得负载有超疏水结构的碳酸钙竹材或木材。
[0011]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0012]进一步，步骤(I)所述直链饱和脂肪酸包括玉米油、低芥酸菜子油、大豆油、花生油、葵花子油、棉子油、棕榈油、猪脂中的一种或多种。
[0013]进一步，步骤(2)所述竹材包括竹材、竹蔑、竹材人造板、竹质复合材料中的一种或多种。
[0014]进一步，步骤(2)所述木材包括单板、实木板、木质人造板、木质复合材料中的一种或多种。
[0015]进一步，步骤(2)所述搅拌的时间为I?300分钟，搅拌的速度为I?20000转/分钟。
[0016]本发明的有益效果是:
[0017]1.本发明的竹木材经碳酸钙改性后，在其表面构建起了一层疏水薄膜，使其表面具有超疏水效果，接触角>150°，滚动角〈10°，而且接触角的波动极小，接触角极为稳定。
[0018]2.本发明的步骤⑴所得混合液中，碳酸钙颗粒的颗粒直径在19?40nm和210?520nm之间，出现强吸收峰，即超疏水领域理想的“双微观结构”。
[0019]3.竹木材表面形成碳酸钙保护膜后，超疏水结构稳定性高，达到疏水、防霉的效果，可以替代传统的涂饰技术，具有节能环保的特点。
[0020]4.本发明的生产工艺简单，施工方便，市场前景广阔，适合规模化生产。
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例1的混合液体中碳酸钙粒径的分布曲线。
[0022]图2为本发明实施例1的蒸馏水竹木材经碳酸钙超疏水改性后的接触角变化曲线。
[0023]图3为本发明实施例1的竹木材经碳酸钙超疏水改性后的表面形貌图。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0025]实施例1
[0026](I)制备混合液体:取氢氧化钙10gdK 70g、碳酸0.0lg、附着力促进剂0.0lg,硅烷偶联剂3g、棕榈油5g、油蜡10g、树胶3g、蓖麻油酸钙0.0Olg，混合均匀后，即得混合液体；
[0027](2)将竹材置入步骤(I)所得混合液中，搅拌300分钟，搅拌速度为I转/分钟，温度保持在75±2°C，即得负载有碳酸钙超疏水结构的竹材；
[0028](3)将步骤(2)所得负载有碳酸钙超疏水结构的竹材，用玉米油清洗3次，再用水清洗3次，含水率干燥至29%，即得负载有超疏水结构的碳酸钙的竹材试件。
[0029]结果:
[0030](I)混合液中碳酸钙粒径
[0031]测量结果如图1所示。可以看出，溶液中颗粒直径主要是在43?68nm和141?295nm之间，出现了双峰效应，即超疏水领域理想的“双微观结构”，当颗粒直径在25nm时，分布强度为7%，出现弱峰；颗粒直径在350nm时，分布强度为92%，出现强峰。这种粒度分布有利用超疏水结果形成。
[0032](2)接触角和滚动角
[0033]使用接触角测量仪(德国KRUSS，DSA100)测量接触角，介质为蒸馏水，液滴脱离针尖并接触表面开始计时，测量20s时间范围内接触角变化情况，测量间隔时间为0.08s。使用滚动平台测试滚动角。经测量，蒸馏水接触角如图2所示。可以看出，刚刚接触瞬间，在重力作用下有快速下降的趋势，然后在154°左右维持不变，随着时间的流逝，接触角几乎没有变化，滚动角为4.3°，达到超疏水要求。
[0034](3)表面形貌
[0035]如图3所示，试样表面形成均匀的碳酸钙颗粒，双微观结构是构建超疏水结构的核心特征。
[0036]实施例2
[0037](I)制备混合液体:取氢氧化钙100g、水0.lg、碳酸12g、附着力促进剂5g、硅烷偶联剂0.001g、猪脂20g、油蜡0.001g、树胶10g、蓖麻油酸钙4g，混合均匀后，即得混合液体；
[0038](2)将竹蔑置入步骤(I)所得混合液中，搅拌200分钟，搅拌速度为5000转/分钟，温度保持在5±2°C，即得负载有碳酸钙超疏水结构的竹蔑；
[0039](3)将步骤⑵所得负载有碳酸钙超疏水结构的竹蔑，用低芥酸菜子油清洗5次，再用水清洗3次，含水率干燥至1%，即得负载有超疏水结构的碳酸钙的竹蔑试件。
[0040]结果