一種竹木材表面構建碳酸鈣超疏水結(jié)構的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種竹木材表面構建碳酸鈣超疏水結(jié)構的方法，屬于竹質(zhì)材料和木質(zhì)材料表面改性技術領域。
【背景技術】
[0002]竹材、木材普遍處在自然界中，與人們的生活與其息息相關，日常生活離不開這些材料。竹材和木材作為一種可再生的天然資源和環(huán)境協(xié)調(diào)性材料，具備天然的優(yōu)越性而且有著非常廣泛的開發(fā)前景，但目前由于竹材和木材自身結(jié)構和開發(fā)技術的原因，其綜合利用率并不高。由于竹材和木材的天然缺陷，例如易燃、易腐蝕、不疏水、力學強度不大等，使得它們所能生產(chǎn)的產(chǎn)品的應用和使用受到一定的限制。在利用竹材和木材的時候，為了能夠在充分利用其優(yōu)點的同時，盡量去避開其缺點，就需要采用一些特殊的物理或者化學方法對其進行改性，在提高其性能的同時也提升了它們的應用領域。目前一些比較常見木材的改性方法有木材乙酰化、木材塑合、木材熱處理、木材壓縮、木材浸漬、木材染色、木材彎曲和木材漂白等。隨著社會的進步和發(fā)展，探索出了一些新的改性方法，如超臨界流體加工技術、木材的溶液化以及利用納米技術改性，這些改性方法具有誘人的前景和強大的生命力。木材作為一種天然高分子復合材料，利用復合材料理論去研宄木材改性的機理，尤其是木材與化學藥劑的交聯(lián)作用具有重要的研宄意義。通過木材改性，使木材不僅具備原來的某些特性還提高了其它的一些性能，這對于木材的利用具備十分重要的意義。
[0003]碳酸鈣具有納米單元體，是介于宏觀世界與微觀世界之間的介觀世界，具有量子效應、小尺寸效應、表面效應和分形聚集特性等。將碳酸鈣材料以分子形式分散在某種材料的表面基體中形成碳酸鈣復合材料，其將呈現(xiàn)出許多獨特的性質(zhì)。而碳酸鈣是世界上工業(yè)化生產(chǎn)的、產(chǎn)量最高的一種粉體材料，用途十分之廣泛，特別是近年廣西等地對碳酸鈣復合材料的研宄報道愈來愈多。大量文獻表明，碳酸鈣因具有很強的納米作用，能與很多金屬、無機和有機材料無條件地產(chǎn)生很強的相互作用，表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。但是其制備技術發(fā)展還不夠成熟、工藝還不夠完善，不適合大批量工業(yè)生產(chǎn)，碳酸鈣復合材料在實際應用中的潛力是巨大的，隨著對碳酸鈣研宄的不斷深入和碳酸鈣復合材料生產(chǎn)的進一步工業(yè)化，其應用領域?qū)絹碓綇V泛。隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，人們越來越追求具有優(yōu)越性能的材料，不會滿足于現(xiàn)有的材料，因此，材料的改性還將是未來一段時間內(nèi)的主流，除非能夠找到替代材料。碳酸鈣對于材料改性的作用是不可代替的。
[0004]結(jié)合改性對于竹材、木材的意義和碳酸媽對于材料改性的作用，利用碳酸媽對材料進行改性作為一個新興的研宄領域吸引著世界各國各個行業(yè)的科研工作者。用碳酸鈣到木材改性和制備功能性木基復合材料之中，是木材科學研宄近年來的新趨勢，碳酸鈣在木材改性中有多方面的應用。
[0005]但是現(xiàn)有研宄中，碳酸鈣在竹材、木材領域中運用主要集中用于防腐抗菌、物理力學改性、阻燃改性、尺寸穩(wěn)定性研宄等，對于其在表面超疏水的研宄鮮有涉及。為此，本發(fā)明采用間接法合成碳酸鈣，賦予竹木材表面，構建超疏水結(jié)構，然后在碳酸鈣薄膜上進行超疏水修飾，使其接觸角>150°，滾動角〈10°。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術的不足，提供一種竹木材表面構建碳酸鈣超疏水結(jié)構的方法。本發(fā)明在竹木材表面形成超疏水保護膜，超疏水效果良好，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的涂飾技術，具有節(jié)能環(huán)保的特點。
[0007]本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下:一種竹木材表面構建碳酸鈣超疏水結(jié)構的方法，包括如下的步驟:
[0008](I)制備混合液體:取氫氧化鈣、分別為氫氧化鈣質(zhì)量百分數(shù)0.1?70%的水、0.01?35%的碳酸、0.01?20%的附著力促進劑、0.001?3%的硅烷偶聯(lián)劑、0.01?20%的直鏈飽和脂肪酸、0.001?10%的油蠟、0.001?10%的樹膠和0.001?10%的蓖麻油酸鈣，混合均勻后，即得混合液體；
[0009](2)將竹材或木材置入步驟(I)所得混合液中，攪拌，溫度保持在5?75°C，即得負載有碳酸媽超疏水結(jié)構的竹材或木材；
[0010](3)將步驟(2)所得負載有碳酸鈣超疏水結(jié)構的竹材或木材，用直鏈飽和脂肪烴類清洗I?5次，再用水清洗O?5次，含水率干燥至I?29%，即得負載有超疏水結(jié)構的碳酸鈣竹材或木材。
[0011]在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。
[0012]進一步，步驟(I)所述直鏈飽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、棕櫚油、豬脂中的一種或多種。
[0013]進一步，步驟(2)所述竹材包括竹材、竹蔑、竹材人造板、竹質(zhì)復合材料中的一種或多種。
[0014]進一步，步驟(2)所述木材包括單板、實木板、木質(zhì)人造板、木質(zhì)復合材料中的一種或多種。
[0015]進一步，步驟(2)所述攪拌的時間為I?300分鐘，攪拌的速度為I?20000轉(zhuǎn)/分鐘。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017]1.本發(fā)明的竹木材經(jīng)碳酸鈣改性后，在其表面構建起了一層疏水薄膜，使其表面具有超疏水效果，接觸角>150°，滾動角〈10°，而且接觸角的波動極小，接觸角極為穩(wěn)定。
[0018]2.本發(fā)明的步驟⑴所得混合液中，碳酸鈣顆粒的顆粒直徑在19?40nm和210?520nm之間，出現(xiàn)強吸收峰，即超疏水領域理想的“雙微觀結(jié)構”。
[0019]3.竹木材表面形成碳酸鈣保護膜后，超疏水結(jié)構穩(wěn)定性高，達到疏水、防霉的效果，可以替代傳統(tǒng)的涂飾技術，具有節(jié)能環(huán)保的特點。
[0020]4.本發(fā)明的生產(chǎn)工藝簡單，施工方便，市場前景廣闊，適合規(guī)?；a(chǎn)。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例1的混合液體中碳酸鈣粒徑的分布曲線。
[0022]圖2為本發(fā)明實施例1的蒸餾水竹木材經(jīng)碳酸鈣超疏水改性后的接觸角變化曲線。
[0023]圖3為本發(fā)明實施例1的竹木材經(jīng)碳酸鈣超疏水改性后的表面形貌圖。
【具體實施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0025]實施例1
[0026](I)制備混合液體:取氫氧化鈣10gdK 70g、碳酸0.0lg、附著力促進劑0.0lg,硅烷偶聯(lián)劑3g、棕櫚油5g、油蠟10g、樹膠3g、蓖麻油酸鈣0.0Olg，混合均勻后，即得混合液體；
[0027](2)將竹材置入步驟(I)所得混合液中，攪拌300分鐘，攪拌速度為I轉(zhuǎn)/分鐘，溫度保持在75±2°C，即得負載有碳酸鈣超疏水結(jié)構的竹材；
[0028](3)將步驟(2)所得負載有碳酸鈣超疏水結(jié)構的竹材，用玉米油清洗3次，再用水清洗3次，含水率干燥至29%，即得負載有超疏水結(jié)構的碳酸鈣的竹材試件。
[0029]結(jié)果:
[0030](I)混合液中碳酸鈣粒徑
[0031]測量結(jié)果如圖1所示?？梢钥闯觯芤褐蓄w粒直徑主要是在43?68nm和141?295nm之間，出現(xiàn)了雙峰效應，即超疏水領域理想的“雙微觀結(jié)構”，當顆粒直徑在25nm時，分布強度為7%，出現(xiàn)弱峰；顆粒直徑在350nm時，分布強度為92%，出現(xiàn)強峰。這種粒度分布有利用超疏水結(jié)果形成。
[0032](2)接觸角和滾動角
[0033]使用接觸角測量儀(德國KRUSS，DSA100)測量接觸角，介質(zhì)為蒸餾水，液滴脫離針尖并接觸表面開始計時，測量20s時間范圍內(nèi)接觸角變化情況，測量間隔時間為0.08s。使用滾動平臺測試滾動角。經(jīng)測量，蒸餾水接觸角如圖2所示。可以看出，剛剛接觸瞬間，在重力作用下有快速下降的趨勢，然后在154°左右維持不變，隨著時間的流逝，接觸角幾乎沒有變化，滾動角為4.3°，達到超疏水要求。
[0034](3)表面形貌
[0035]如圖3所示，試樣表面形成均勻的碳酸鈣顆粒，雙微觀結(jié)構是構建超疏水結(jié)構的核心特征。
[0036]實施例2
[0037](I)制備混合液體:取氫氧化鈣100g、水0.lg、碳酸12g、附著力促進劑5g、硅烷偶聯(lián)劑0.001g、豬脂20g、油蠟0.001g、樹膠10g、蓖麻油酸鈣4g，混合均勻后，即得混合液體；
[0038](2)將竹蔑置入步驟(I)所得混合液中，攪拌200分鐘，攪拌速度為5000轉(zhuǎn)/分鐘，溫度保持在5±2°C，即得負載有碳酸鈣超疏水結(jié)構的竹蔑；
[0039](3)將步驟⑵所得負載有碳酸鈣超疏水結(jié)構的竹蔑，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%，即得負載有超疏水結(jié)構的碳酸鈣的竹蔑試件。
[0040]結(jié)果