本發(fā)明涉及一種木材改性處理方法，特別是涉及一種基于納米二氧化鈦提高木材疏水性及穩(wěn)定性的方法。
背景技術：
木材被廣泛應用于建筑、家具制造和室內裝飾等領域，但因其具有豐富的孔隙結構并含有大量的親水性基團，使得木材具有很強的吸濕、吸水性，可引起木材干縮濕脹，導致產生翹曲、變形、開裂等缺陷，因此，在木材或木制品使用之前，一般需要做疏水防護處理。多數傳統(tǒng)的疏水處理法，如化學試劑浸漬改性處理或表面涂飾，雖然在一定程度上可提高木材的疏水性，但無法從根本上抑制水分對木材的侵入，難以實現木材表面的長期保護。此外，化學改性在某種程度上會影響木材自身的結構和組成，影響木材的力學強度。
近年來世界學者對木材疏水處理技術做了大量的研究工作。針對木材的結構及化學組成，解決木材易吸水的方法大致分成兩種：一、對木材進行整體處理；二、通過表面處理阻止木材與水分的接觸。對木材的整體改性，國內外學者發(fā)表過很多報道。整體改性中化學改性主要包括：乙酰化處理、樹脂處理改性、戊二醛處理改性、有機硅處理、熱處理改性等等。其中對利用納米溶膠浸漬處理、微乳液滲透處理、等離子放電處理等方法，文獻中也有提到。采用納米顆粒對基底進行微納米粗糙化，即利用溶膠-凝膠法將納米粒子引入基體表面，也可以成功的在材料表面上沉積疏水的無機-有機薄層通過這種方法，水分和水蒸氣的吸收可在一定程度上得到降低，但是這種方法不能完全阻止水分的進入。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的在于克服上述缺點，提供一種基于納米二氧化鈦提高木材疏水性及穩(wěn)定性的方法，其先用低粘度的脲醛樹脂填塞木材的細胞空腔，同時木材的纖維化學基團與脲醛樹脂發(fā)生了化學反應，使得纖維素骨架化學鍵間相互結合，增強脲醛樹脂與木材間的牢固度。同時利用仿生原理，即利用納米二氧化鈦粒子及木材本身微米級的粗糙結構制備仿造荷葉表面的二級凸凹結構，同時利用石墨烯本身的特性，將納米二氧化鈦粒子與脲醛樹脂緊密的結合在一起，增強了納米二氧化鈦粒子的附著力度，再利用疏水物質對凸凹結構進行修飾，使木材表面由親水性變?yōu)槭杷裕瑫r利用Ti02優(yōu)良的紫外線吸收能力，提高木材的耐光老化性能，以獲得具備疏水兼紫外線防護性能的功能性木材。
為了實現本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術方案是：以低粘度的脲醛樹脂、納米石墨烯和納米二氧化鈦為材料，結合木材本身微米級的粗糙文理結構，采用溶膠-凝膠法在木材表面搭建微納米二級凹凸粗糙文理結構的薄膜，并在微納米二級凹凸粗糙文理結構的薄膜上修飾疏水物質，使得木材表面附著一層疏水薄膜。
優(yōu)選地，所述低粘度的脲醛樹脂、納米石墨烯和納米二氧化鈦的質量比為10-20:0.5-0.8:1。
進一步的，具體操作步驟為：
a、膠體溶液制備，將低粘度的脲醛樹脂、納米石墨烯和納米二氧化鈦按照比重混合并制成溶膠狀備用；
b、木材干燥，將木材在90-100℃下干燥至恒重；
c、浸漬處理，將干燥后的木材置于密閉容器內，并往密閉容器內加入膠體溶液至沒過木材，然后加壓浸漬3-5h；
d、凝膠處理，經陳化5-8h后，對膠體溶液加熱處理，使得木材表面形成一層微納米二級凹凸粗糙文理結構薄膜；
e、疏水處理，取出木材，在微納米二級凹凸粗糙文理結構薄膜上附著疏水物質；
f、烘干處理，先將木材置于30-50℃的烘箱中烘干至恒重，然后升溫烘箱溫度至90-100℃下燒結固化薄膜，即制得成品。
優(yōu)選地，所述疏水物質為硬脂酸或HDTMS。
優(yōu)選地，所述c步驟中，加壓浸漬的壓力為0.8-1MPa。
優(yōu)選地，所述a步驟中，在制備膠體溶液過程中還可以加入納米疏水劑。
本發(fā)明方法的優(yōu)點體現在以下幾個方面：
1、利用低粘度的脲醛樹脂填塞木材的細胞空腔，進而阻止水分的進入。同時木材的纖維化學基團與脲醛樹脂發(fā)生了化學反應，使得纖維素骨架化學鍵間相互結合，增強脲醛樹脂與木材間的牢固度。
2、利用仿生原理，即利用納米二氧化鈦粒子及木材本身微米級的粗糙結構制備仿造荷葉表面的二級凸凹粗糙薄膜結構，達到了進一步阻止水分進入的目的。
3、增加了納米石墨烯，在凝膠處理過程中，使得二級凸凹粗糙文理結構更加明顯，更加貼緊荷葉表面文理結構。
4、石墨烯還起到了橋梁的作用，將納米二氧化鈦粒子與脲醛樹脂緊密的結合在一起，增強了納米二氧化鈦粒子的附著力度，同時石墨烯又能增強薄膜的強度和耐磨性能
5、利用疏水物質對凸凹粗糙薄膜結構進行修飾，使木材表面由親水性變?yōu)槭杷?，其接觸角達到150°以上。
6、利用Ti02優(yōu)良的紫外線吸收能力，提高木材的耐光老化性能，以獲得具備疏水兼紫外線防護性能的功能性木材。
具體實施方式
以楊木為例說明：
實施例1
首先將低粘度的脲醛樹脂、納米石墨烯和納米二氧化鈦按照質量比為10:0.5:1的比例混合并制成溶膠狀備用；將木材在90-100℃下干燥至恒重；接著將干燥后的木材置于密閉容器內，并往密閉容器內加入膠體溶液至沒過木材，然后在0.8-1MPa的壓力下浸漬3-5h；經陳化5-8h后，對膠體溶液加熱處理，使得木材表面形成一層微納米二級凹凸粗糙文理結構薄膜；取出木材，在微納米二級凹凸粗糙文理結構薄膜上附著硬脂酸；然后先將木材置于30-50℃的烘箱中烘干至恒重，然后升溫烘箱溫度至90-100℃下燒結固化薄膜，即制得成品。成品經測試，疏水性（接觸角）為155°，耐光老化性（總色差值）為30%。
對比例1
本實施例中不加入納米石墨烯物質，其他處理條件同實施例1。制得的成品經測試，疏水性（接觸角）為132°，耐光老化性（總色差值）為40%，木材表面的強度及耐磨性能明顯低于實施例1。
對比例2
本實施例中的疏水物質選用HDTMS，其他處理條件同實施例1。制得的改性木材成品經測試，疏水性（接觸角）為160°，耐光老化性（總色差值）為30%。
對比例3
本實施例中還添加了SS-1/SS-11型水性納米疏水劑，其他處理條件同實施例1。制得的改性木材成品經測試，疏水性（接觸角）為170°，耐光老化性（總色差值）為30%。
對比例4
本實施例中將納米二氧化鈦替換成等量的納米二氧化硅，他處理條件同實施例1。制得的改性木材成品經測試，疏水性（接觸角）為121°，耐光老化性（總色差值）為65%。
對比例5
本實施例中將納米二氧化鈦替換成等量的納米氧化鋅，他處理條件同實施例1。制得的改性木材成品經測試，疏水性（接觸角）為130°，耐光老化性（總色差值）為63%。