[0036]将步骤I)处理后的木材和0.5ml反应液放入25mmX 25mm规格称量瓶，并将称量瓶置于250ml广口瓶，封盖后于鼓风干燥箱加热至100°C进行气相沉积反应1.5小时；重复该操作3次即得到超疏水木材。
[0037]在8kPa的外力下对超疏水木材表面进行胶带剥离实验，该超疏水木材仍具有超疏水性能；使用刀片在超疏水木材表面垂直纤维方向摩擦数次至刮掉一定厚度的木材(7mg/cm2)，其表面接触角仍高于150°。
[0038]如图1所示，采用扫描电镜(SEM)观察本实施例超疏水木材的表面形貌，观察到制备的复合表面分布均勾的微米级沟槽及纳米级突起，微米级沟槽直径在200nm?4um，纳米级突起直径在30nm?60nm。
[0039]图2为未预处理木材为基底所构建膜层与本发明实施例1超疏水木材的表面复合膜层的傅里叶红外光谱比较图(FTIR)。从图中看出本实施例复合膜层表面含有S1-O-Si键、-CH3等疏水基团的量均远多于未预处理材所构建的膜层表面的相应基团，说明碱液预处理确实提高了木材的反应活性。如图3所示，未预处理木材表面构建的膜层呈亲水性，静态接触角接近0°。如图4所示，本实施例疏水木材的复合膜层的静态接触角达154°，并且水滴极易滚落。
[0040]实施例2:
[0041]—种本发明的超疏水木材，其表面覆盖有复合膜层，复合膜层是由乙烯基三乙氧基硅烷发生水解、缩聚包覆纳米S12粒子，沉积形成；复合膜层通过羟基与木材之间产生化学键合；复合膜层含有均勾的300nm?5um微米级沟槽及50nm?80nm纳米级突起，并自组装有低表面能物质乙烯基三乙氧基硅烷。超疏水木材的水滴接触角达151°，滚动角小于
4° ο
[0042]本实施例的超疏水木材的制备方法，包括以下步骤:
[0043]I)将锯切好的木材[规格(LXRXT):30mmX30mmX3mm]浸泡于3界1:%的氢氧化钠溶液中18h，然后将浸泡后的木材放入去离子水中超声清洗lOmin，再将清洗后的木材置于真空条件下干燥，最后将干燥后的放在室内环境下平衡。
[0044]2)称取0.3g纳米Si02、4ml乙烯基三乙氧基硅烷和80ml无水乙醇并混合，然后在超声条件下震荡50min制成分散均匀的反应液。
[0045]将步骤I)处理后的木材和1.5ml反应液放入70mmX 35mm规格称量瓶，并将称量瓶置于500ml广口瓶，封盖后于鼓风干燥箱加热至110°C进行气相沉积反应1.5小时；重复操作2次即得滚动角小于4°的超疏水木材。
[0046]在8kPa的外力下对本实施例超疏水木材表面进行胶带剥离实验后，本实施例的超疏水木材仍具有超疏水性能；使用刀片在本实施的超疏水木材表面垂直纤维方向上摩擦数次至刮掉一定厚度的木材(7mg/cm2)，其表面接触角仍高于150°。
[0047]米用扫描电镜(SEM)分析本实施例的超疏水木材的表面形貌，观察木材表面的复合膜层分布均勾的微米级沟槽及纳米级突起，沟槽直径在300nm?5um之间，纳米级突起直径在50nm?80nm之间；采用傅里叶红外变换光谱(FTIR)分析本实施例的超疏水木材的表面化学成分发现表面含有S1-O-Si键，其中还含有-CH3等疏水基团。微纳米二级结构与低表面能基团共同作用，产生了超疏水效果，采用接触角测试仪测得本实施例的超疏水木材静态接触角达151°，并且水滴极易滚落。
[0048]实施例3:
[0049]—种本发明的超疏水木材，其表面均匀覆盖有复合膜层，复合膜层是由乙烯基三乙氧基硅烷发生水解、缩聚包覆纳米T12粒子，沉积形成；复合膜层通过羟基作用与木材之间产生化学键合；复合膜层含有均勾的500nm?4um微米级沟槽及40nm?90nm纳米级突起，并自组装有低表面能物质乙烯基三乙氧基硅烷。超疏水木材的水滴接触角达153°，滚动角小于4°。
[0050]本实施例的超疏水木材的制备方法，包括以下步骤:
[0051]I)将锯切好[规格(LXRXT):1mmX 1mmX3mm]的木材浸泡于5wt%的氢氧化钠溶液中12h，然后将浸泡后的木材放入去离子水中超声清洗15min，再将清洗后的木材置于真空条件下干燥，最后将干燥后的放在室内环境下平衡。
[0052]2)称取0.2g纳米T12粒子、3ml乙烯基三乙氧基硅烷和60ml无水乙醇并混合，然后在超声条件下震荡40min制成分散均匀的反应液；
[0053]将步骤I)处理后的木材和0.5ml反应液放入25mmX25mm规格称量瓶，并将称量瓶置于250ml广口瓶，封盖后于鼓风干燥箱加热进行气相沉积反应I小时，温度设置为1300C ;重复操作I次即得超疏水木材。在8kPa的外力下对本实施例超疏水木材表面进行胶带剥离实验后仍具有超疏水性能；使用刀片在本实施例超疏水木材表面垂直纤维方向摩擦数次至刮掉一定厚度的木材(7mg/cm2)，其表面接触角仍高于150°。
[0054]采用扫描电镜(SEM)分析本实施例制备的超疏水木材的表面形貌，观察到木材表面的复合膜层上有分布均勾的微米级沟槽及纳米级突起，沟槽直径在500nm?4um之间，纳米级突起直径在40nm?90nm之间；采用傅里叶红外变换光谱(FTIR)分析木材表面的复合膜层的化学成分发现表面含有T1-O-Ti键，其中还含有-CH3等疏水基团。微纳米二级结构与低表面能基团共同作用，产生了超疏水效果，采用接触角测试仪测得本实施例制备的超疏水木材静态接触角达153°，并且水滴极易滚落。
【主权项】
1.一种超疏水木材，其特征在于，所述超疏水木材的表面覆盖有复合膜层，所述复合膜层是由硅烷偶联剂发生水解、缩聚后包覆纳米粒子，沉积形成；复合膜层通过羟基作用与木材之间产生化学键合；复合膜层含有均匀的微米级沟槽及纳米级突起，并自组装有低表面能物质，所述超疏水木材的水滴接触角达150°?156°，滚动角小于4° ;所述纳米粒子为纳米S12、纳米T12、纳米Al2O3、纳米ZnO和纳米Fe3O4中的一种或几种。2.如权利要求1所述的超疏水木材，其特征在于，所述低表面能物质为硅烷偶联剂。3.如权利要求1或2所述的超疏水木材，其特征在于，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基娃烧。4.如权利要求3所述的超疏水木材，其特征在于，所述微纳米级沟槽的尺寸为10nm?5 μ m，所述纳米级突起的尺寸为20nm?lOOnm。5.一种如权利要求1?4任一项所述的超疏水木材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)对木材进行碱处理； 2)将反应液经数次气相沉积反应沉积在碱处理后的木材表面，直到木材表面滚动角低于10°，即得到所述超疏水木材； 其中每次气相沉积反应过程中木材与反应液的体积比为1:0.5?1:2 ;所述反应液是由0.2?0.5重量份纳米粒子、2?5体积份硅烷偶联剂和40?80体积份无水乙醇，并经超声震荡后形成分散均匀的溶液，所述重量份和体积份的单位比例对应关系为g/ml。6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤I)中，木材碱处理的具体操作方法为:将木材浸泡于碱溶液中18h?24h后，然后将碱溶液浸泡后的木材放入去离子水中用超声波清洗5?15min，最后对清洗后的木材进行真空干燥。7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述碱溶液为lwt%?wt7%的氢氧化钠溶液或Iwt %?wtl%的氢氧化钾溶液。8.如权利要求5?7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，气相沉积反应的具体操作方法为:将碱处理后的木材和反应液放入称量瓶中，并将称量瓶置于广口瓶中，封盖后于鼓风干燥箱中，加热进行反应，待反应液完全转为气体即完成反应。9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述鼓风干燥箱的温度控制为80°C?130°C，加热进行反应的时间为Ih?3h。10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，超声震荡的时间为30min ?60mino
【专利摘要】本发明公开了一种超疏水木材，其表面覆盖有复合膜层，复合膜层是由硅烷偶联剂发生水解、缩聚后包覆纳米粒子，沉积形成；复合膜层通过羟基作用与木材之间产生化学键合；复合膜层含有均匀的微米级沟槽及纳米级突起，并自组装有低表面能物质；超疏水木材的水滴接触角达150°～156°，滚动角小于4°；其中纳米粒子为纳米SiO2、纳米TiO2、纳米Al2O3、纳米ZnO和纳米Fe3O4中的一种或几种。本发明的制备方法是先对木材进行碱处理，再将含有疏水材料的反应液经气相沉积反应沉积在碱处理后的木材表面，即得到超疏水木材。本发明的超疏水木材耐水性能强；制备方法步骤简单、反应条件易于实现、制备周期短。
【IPC分类】B27K5/04, B27K3/20, B27K3/52, B27K3/00, B27K3/02
【公开号】CN104924379
【申请号】CN201510260258
【发明人】卿彦, 贾闪闪, 吴义强, 金春德, 孙庆丰, 李新功
【申请人】中南林业科技大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年5月20日