CN112549224B - 一种彩色超疏水竹木材的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种彩色超疏水竹木材的制作方法，整个制作过程在室温下开放环境中进行，无需有机溶剂和反应装置，操作简单，因此易于规模化放大制作；同时以生长在竹木材表面的金属有机框架材料作为前驱体，原位转化制备的金属氢氧化物在竹木材表面具有良好的结合力，有利于提高制作的超疏水涂层的附着力，改善其超疏水稳定性；并且通过改变双金属氢氧化物原位转化制备过程中使用的金属盐种类，可调控制备的氢氧化物的颜色，从而实现彩色超疏水竹木材的制作。
Description
技术领域
本发明涉及竹木材制造领域，尤其涉及一种彩色超疏水竹木材的制作方法。
背景技术
随着人类对低碳生活追求，竹木质材料正越来越多被应用于户外景观建筑、家具、地板、装饰装潢材料以及大型结构工程材料等领域。随着产品用途的扩大，人们对产品的功能提出了更多、更高的要求。目前竹木质材料功能单一，产品功能远远落后于市场对多功能产品的极大需求。因而开发出具有不同功能的竹木板材，提高产品的附加值，扩大其用途，满足人民日益增长的消费需求，就显得非常迫切。另外，由于含有糖类、淀粉、蛋白质和脂肪等营养成分，竹木材在潮湿空气中易发生霉变与腐朽，因此提高竹木产品防腐防霉性能是延长其使用寿命的关键。
在竹木材表面构建超疏水涂层不仅可以使竹木材具有保持清洁的功能，而且还可提高其防腐防霉性能。当前，在竹木材表面构建超疏水涂层通常采用涂覆有机/无机复合涂层的方法，但其存在附着力不佳、超疏水性能不稳定的问题。也有采用先水热生长无机微纳米结构再涂覆有机疏水层的两步方法，但其存在制备装置尺寸限制及高温破坏竹木内部结构等问题。因此，十分期待通过一种室温可规模化放大的简单方法，在竹木材表面构建超疏水涂层制作超疏水竹木材。另外，由于竹木材颜色单一装饰效果单调，如果在制作超疏水竹木材的同时实现同步着色，将会显著增长竹木材产品应用的附加值。因此，急需要一种具有超疏水性能并同时同步着色的竹木材制作方法。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种彩色超疏水竹木材的制作方法，以生长在竹木材表面的金属有机框架材料作为前驱体，原位转化制备的金属氢氧化物在竹木材表面具有良好的结合力，有利于提高制作的超疏水涂层的附着力，改善其超疏水稳定性；并且通过改变双金属氢氧化物原位转化制备过程中使用的金属盐种类，可调控制备的氢氧化物的颜色，从而实现彩色超疏水竹木材的制作。
为实现上述目的，本发明提供一种彩色超疏水竹木材的制作方法，包括以下步骤：
S1：在40KN/m2压力下用320目砂纸将竹木材需要进行加工处理的表面进行打磨，并利用吸尘器将表面的粉末除去，得到清洁表面；
S2：在清洁表面喷涂3-7wt％的双氧水，喷涂量为30-100g/m2，喷涂完毕后室温放置1.5-3h后，用去离子水冲洗3遍，使用热风枪快速吹干，得到表面预处理的竹木材；
S3：将在步骤S2得到的竹木材待处理表面边缘用可拆卸式硅胶条封闭形成水池状框架；将等体积的12-16g/L六水硝酸钴溶液和27-36g/L2-甲基咪唑水溶液迅速混合后倒入水池状框架中，混合液总用量为0.4-0.6L/m2；室温静置反应4-6h后，将水池状框架中液体倒除，用去离子水快速漂洗竹木材表面3次，使用热风枪快速吹干，得到表面生长有钴基金属有机框架层的竹木材；
S4：将在步骤S3所得的表面生长有钴基金属有机框架层的竹木材表面边缘用可拆卸式硅胶条封闭形成水池状框架；按照0.4-0.6L/m2的用量将12-20mmol/L金属盐水溶液倒入水池状框架中，室温静置反应8-12h后，将水池状框架中液体倒除，用去离子水快速漂洗竹木材表面3次，使用热风枪快速吹干，得到表面生长有双金属氢氧化物的竹木材；
S5：在步骤S4所得的表面生长有双金属氢氧化物的竹木材表面按照0.03-0.10L/m2的用量喷涂40-60mmol/L烷基酸钠水溶液，使用热风枪快速吹干，制得表面有彩色超疏水涂层的竹木材。
整个制作过程在室温下开放环境中进行，无需有机溶剂和反应装置，操作简单，因此易于规模化放大制作；同时以生长在竹木材表面的金属有机框架材料作为前驱体，原位转化制备的金属氢氧化物在竹木材表面具有良好的结合力，有利于提高制作的超疏水涂层的附着力，改善其超疏水稳定性；并且通过改变双金属氢氧化物原位转化制备过程中使用的金属盐种类，可调控制备的氢氧化物的颜色，从而实现彩色超疏水竹木材的制作。
优选的，在步骤S1中的竹木材为去皮毛竹、杉木、松木、橡胶木、杨木以及桉木其中一种制成。
优选的，在步骤S4中所述的金属盐水溶液，金属盐中的金属包括镍、钴、锰、锌和铜其中一种，以此形成的硫酸盐、硝酸盐或者氯化物，所有盐的纯度均为分析级。
优选的，各步骤热风枪出口温度为80-120℃，且各步骤的环境温度为20-30℃。
优选的，步骤S5的烷基酸钠水溶液中的烷基酸钠包括癸酸钠、十二酸钠、十二烷基硫酸钠的其中一种。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供了一种彩色超疏水竹木材的制作方法，整个制作过程在室温下开放环境中进行，无需有机溶剂和反应装置，操作简单，因此易于规模化放大制作；同时以生长在竹木材表面的金属有机框架材料作为前驱体，原位转化制备的金属氢氧化物在竹木材表面具有良好的结合力，有利于提高制作的超疏水涂层的附着力，改善其超疏水稳定性；并且通过改变双金属氢氧化物原位转化制备过程中使用的金属盐种类，可调控制备的氢氧化物的颜色，从而实现彩色超疏水竹木材的制作。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面对本发明作进一步地描述。
本发明公开了一种彩色超疏水竹木材的制作方法，包括以下步骤：
S1：在40KN/m2压力下用320目砂纸将竹木材需要进行加工处理的表面进行打磨，并利用吸尘器将表面的粉末除去，得到清洁表面；
S2：在清洁表面喷涂3-7wt％的双氧水，喷涂量为30-100g/m2，喷涂完毕后室温放置1.5-3h后，用去离子水冲洗3遍，使用热风枪快速吹干，得到表面预处理的竹木材；
S3：将在步骤S2得到的竹木材待处理表面边缘用可拆卸式硅胶条封闭形成水池状框架；将等体积的12-16g/L六水硝酸钴溶液和27-36g/L2-甲基咪唑水溶液迅速混合后倒入水池状框架中，混合液总用量为0.4-0.6L/m2；室温静置反应4-6h后，将水池状框架中液体倒除，用去离子水快速漂洗竹木材表面3次，使用热风枪快速吹干，得到表面生长有钴基金属有机框架层的竹木材；
S4：将在步骤S3所得的表面生长有钴基金属有机框架层的竹木材表面边缘用可拆卸式硅胶条封闭形成水池状框架；按照0.4-0.6L/m2的用量将12-20mmol/L金属盐水溶液倒入水池状框架中，室温静置反应8-12h后，将水池状框架中液体倒除，用去离子水快速漂洗竹木材表面3次，使用热风枪快速吹干，得到表面生长有双金属氢氧化物的竹木材；
S5：在步骤S4所得的表面生长有双金属氢氧化物的竹木材表面按照0.03-0.10L/m2的用量喷涂40-60mmol/L烷基酸钠水溶液，使用热风枪快速吹干，制得表面有彩色超疏水涂层的竹木材。
整个制作过程在室温下开放环境中进行，无需有机溶剂和反应装置，操作简单，因此易于规模化放大制作；同时以生长在竹木材表面的金属有机框架材料作为前驱体，原位转化制备的金属氢氧化物在竹木材表面具有良好的结合力，有利于提高制作的超疏水涂层的附着力，改善其超疏水稳定性；并且通过改变双金属氢氧化物原位转化制备过程中使用的金属盐种类，可调控制备的氢氧化物的颜色，从而实现彩色超疏水竹木材的制作。
本实施例在步骤S1中的竹木材为去皮毛竹、杉木、松木、橡胶木、杨木以及桉木其中一种制成。本实施例的在步骤S4中的金属盐水溶液，金属盐中的金属包括镍、钴、锰、锌和铜其中一种，以此形成的硫酸盐、硝酸盐或者氯化物，所有盐的纯度均为分析级。本实施例的各步骤热风枪出口温度为80-120℃，且各步骤的环境温度为20-30℃。本实施例的步骤S5的烷基酸钠水溶液中的烷基酸钠包括癸酸钠、十二酸钠、十二烷基硫酸钠的其中一种。
实施例1：在40KN/m2压力下用320目砂纸将毛竹板需要进行加工处理的表面进行打磨，并利用吸尘器将表面的粉末除去，得到清洁表面；
在清洁表面喷涂3wt％双氧水，喷涂量为100g/m2，喷涂完毕室温放置1.5h后，用去离子水冲洗3遍，使用100℃热风枪快速吹干，得到表面预处理的毛竹板；
将所得的毛竹板待处理表面边缘用可拆卸式硅胶条封闭形成水池状框架；将等体积的12g/L六水硝酸钴溶液和27g/L2-甲基咪唑水溶液迅速混合后倒入水池状框架中，混合液总用量为0.6L/m2。室温静置反应6h后，将水池状框架中液体倒除，用去离子水快速漂洗毛竹板表面3次，使用100℃热风枪快速吹干，得到表面生长有钴基金属有机框架层的毛竹板；
将所得的表面生长有钴基金属有机框架层的毛竹板表面边缘用可拆卸式硅胶条封闭形成水池状框架；按照0.4L/m2的用量将16mmol/L硝酸镍水溶液倒入水池状框架中，室温静置反应8h后，将水池状框架中液体倒除，用去离子水快速漂洗毛竹板表面3次，使用100℃热风枪快速吹干，得到表面生长有钴镍双金属氢氧化物的毛竹板；
在所得的表面生长有钴镍双金属氢氧化物的毛竹板表面按照0.03L/m2的用量喷涂50mmol/L癸酸钠水溶液，使用100℃热风枪快速吹干，制得表面有蓝色超疏水涂层的毛竹板。
实施例2：在40KN/m2压力下用320目砂纸将杉木板需要进行加工处理的表面进行打磨，并利用吸尘器将表面的粉末除去，得到清洁表面；
在清洁表面喷涂7wt％双氧水，喷涂量为30g/m2，喷涂完毕室温放置2h后，用去离子水冲洗3遍，使用80℃热风枪快速吹干，得到表面预处理的杉木板；
将所得的杉木板待处理表面边缘用可拆卸式硅胶条封闭形成水池状框架；将等体积的16g/L六水硝酸钴溶液和36g/L2-甲基咪唑水溶液迅速混合后倒入水池状框架中，混合液总用量为0.4L/m2。室温静置反应4h后，将水池状框架中液体倒除，用去离子水快速漂洗杉木板表面3次，使用80℃热风枪快速吹干，得到表面生长有钴基金属有机框架层的杉木板；
将所得的表面生长有钴基金属有机框架层的杉木板表面边缘用可拆卸式硅胶条封闭形成水池状框架；按照0.6L/m2的用量将14mmol/L硫酸锌水溶液倒入水池状框架中，室温静置反应12h后，将水池状框架中液体倒除，用去离子水快速漂洗杉木板表面3次，使用80℃热风枪快速吹干，得到表面生长有钴锌双金属氢氧化物的杉木板；
在所得的表面生长有钴锌双金属氢氧化物的杉木板表面按照0.10L/m2的用量喷涂60mmol/L十二酸钠水溶液，使用80℃热风枪快速吹干，制得表面有白色超疏水涂层的杉木板。
实施例3：在40KN/m2压力下用320目砂纸将松木板需要进行加工处理的表面进行打磨，并利用吸尘器将表面的粉末除去，得到清洁表面；
在清洁表面喷涂5wt％双氧水，喷涂量为60g/m2，喷涂完毕室温放置2h后，用去离子水冲洗3遍，使用120℃热风枪快速吹干，得到表面预处理的松木板；
将所得的松木板待处理表面边缘用可拆卸式硅胶条封闭形成水池状框架；将等体积的14g/L六水硝酸钴溶液和30g/L2-甲基咪唑水溶液迅速混合后倒入水池状框架中，混合液总用量为0.5L/m2。室温静置反应5h后，将水池状框架中液体倒除，用去离子水快速漂洗松木板表面3次，使用120℃热风枪快速吹干，得到表面生长有钴基金属有机框架层的松木板；
将所得的表面生长有钴基金属有机框架层的松木板表面边缘用可拆卸式硅胶条封闭形成水池状框架；按照0.5L/m2的用量将20mmol/L氯化钴水溶液倒入水池状框架中，室温静置反应10h后，将水池状框架中液体倒除，用去离子水快速漂洗松木板表面3次，使用120℃热风枪快速吹干，得到表面生长有氢氧化钴的松木板；
在所得的表面生长有氢氧化钴的松木板表面按照0.07L/m2的用量喷涂40mmol/L十二烷基硫酸钠水溶液，使用120℃热风枪快速吹干，制得表面有绿色超疏水涂层的松木板。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种彩色超疏水竹木材的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：在40KN/m2压力下用320目砂纸将竹木材需要进行加工处理的表面进行打磨，并利用吸尘器将表面的粉末除去，得到清洁表面；
S2：在清洁表面喷涂3-7wt％的双氧水，喷涂量为30-100g/m2，喷涂完毕后室温放置1.5-3h后，用去离子水冲洗3遍，使用热风枪快速吹干，得到表面预处理的竹木材；
S3：将在步骤S2得到的竹木材待处理表面边缘用可拆卸式硅胶条封闭形成水池状框架；将等体积的12-16g/L六水硝酸钴溶液和27-36g/L2-甲基咪唑水溶液迅速混合后倒入水池状框架中，混合液总用量为0.4-0.6L/m2；室温静置反应4-6h后，将水池状框架中液体倒除，用去离子水快速漂洗竹木材表面3次，使用热风枪快速吹干，得到表面生长有钴基金属有机框架层的竹木材；
S4：将在步骤S3所得的表面生长有钴基金属有机框架层的竹木材表面边缘用可拆卸式硅胶条封闭形成水池状框架；按照0.4-0.6L/m2的用量将12-20mmol/L金属盐水溶液倒入水池状框架中，室温静置反应8-12h后，将水池状框架中液体倒除，用去离子水快速漂洗竹木材表面3次，使用热风枪快速吹干，得到表面生长有双金属氢氧化物的竹木材；
S5：在步骤S4所得的表面生长有双金属氢氧化物的竹木材表面按照0.03-0.10L/m2的用量喷涂40-60mmol/L烷基酸钠水溶液，使用热风枪快速吹干，制得表面有彩色超疏水涂层的竹木材。
2.如权利要求1所述的一种彩色超疏水竹木材的制作方法，其特征在于：在步骤S1中的竹木材为去皮毛竹、杉木、松木、橡胶木、杨木以及桉木其中一种制成。
3.如权利要求1所述的一种彩色超疏水竹木材的制作方法，其特征在于：在步骤S4中所述的金属盐水溶液，金属盐中的金属包括镍、钴、锰、锌和铜其中一种，以此形成的硫酸盐、硝酸盐或者氯化物，所有盐的纯度均为分析级。
4.如权利要求1所述的一种彩色超疏水竹木材的制作方法，其特征在于：各步骤热风枪出口温度为80-120℃，且各步骤的环境温度为20-30℃。
5.如权利要求1所述的一种彩色超疏水竹木材的制作方法，其特征在于：步骤S5的烷基酸钠水溶液中的烷基酸钠包括癸酸钠、十二酸钠、十二烷基硫酸钠的其中一种。
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