专利摘要

一种疏水薄膜结构，所述疏水薄膜结构包括聚苯乙烯基底以及嵌入聚苯乙烯基底的纳米二氧化硅颗粒。本发明疏水薄膜结构不仅能为木材提供了超疏水性能，还能借助自清洁能力减少霉菌的滋生，提高木材防霉性能；本发明疏水薄膜结构的制备方法简单、易操作，并且对设备和环境要求低，成本低廉，可大面积施工，在木质材料领域有巨大的应用前景和效益。

权利要求

1.一种疏水薄膜结构，其特征在于：所述疏水薄膜结构包括聚苯乙烯基底以及嵌入聚苯乙烯基底的纳米二氧化硅颗粒；

所述疏水薄膜结构的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

将聚苯乙烯倒入四氢呋喃溶液中并搅拌均匀形成一次浸渍溶液；

将木材本体放在一次浸渍溶液中浸渍，取出后自然晾干；

将纳米二氧化硅颗粒倒入丙酮溶液中并搅拌均匀形成二次浸渍乳液；

将经过一次浸渍溶液浸渍后的木材本体放在二次浸渍乳液中浸渍，取出后自然晾干，即得到具有疏水薄膜结构的防霉型木材;

所述一次浸渍溶液中的聚苯乙烯与四氢呋喃之间的固液质量配比为1%～15%;

所述木材本体在一次浸渍溶液中浸渍的时间为3～10s;

所述二次浸渍乳液中的纳米二氧化硅颗粒与丙酮之间的固液质量配比为0.4%～2.0%;

所述木材本体在二次浸渍乳液中浸渍的时间为1～10s。

2.根据权利要求1所述的疏水薄膜结构，其特征在于：所述疏水薄膜结构的水接触角大于150°。

3.一种防霉型木材，包括木材本体，其特征在于：所述木材本体表面包覆有权利要求1~2任一所述的疏水薄膜结构。

说明书

技术领域

本发明涉及疏水技术领域，具体涉及一种疏水薄膜结构及其制备方法、防霉型木材。

背景技术

木材因其亲水吸湿性强，具有尺寸稳定性、生物耐久性差的缺点。当前木材防霉防腐的主要方法是通过添加防腐剂杀灭入侵木材的微生物，但防霉剂的流失会对环境造成严重污染。对木材进行功能性改良，提高其疏水效果不仅有助于提高木制品尺寸稳定性，同时增强防霉防腐效果，有助于延长木制品使用寿命，也是促进林产资源可持续发展的必由之路。

超疏水结构是由低表面能和高表面粗糙度两个重要因素共同发挥作用形成的一种特殊结构，因此，制备超疏水结构有两种路径，一是使用低表面能物质(即疏水材料)构建粗糙结构，二是在已有的粗糙结构基础上进行低表面能修饰。木材是一种各向异性的天然复合材料，复杂的表面结构及化学成分组成是在其表面构建稳定疏水膜的最大阻碍。中国专利“CN108972777A”公开了“一种超疏水竹/木材的制备方法”，具体制备步骤如下：将竹、木材干燥后浸入甲苯-乙醇混合液中抽真空浸泡、烘干、超声清洗、真空干燥备用；制备球状ZnO纳米颗粒,将球状ZnO纳米颗粒分散到无水乙醇中滴加到竹、木材表面烘干形成球状ZnO纳米颗粒薄层；继续反应形成纺锤形ZnO纳米颗粒，取出冷却清洗后烘干，真空干燥即得到具有超疏水功能的竹、木材产品。文献(卢茜，胡英成.层层自组装SiO2/木材复合材料的超疏水性及其形成机制[J].功能材料.2016,47(7):7109-7113)将木材试样浸入含有阳离子PD-DA(浓度为10mg/mL，pH值＝10.5)的溶液并磁力搅拌30min，取出用超纯水清洗15min，然后浸入含有阴离子纳米SiO2(浓度为2mg/mL，pH值＝4)的溶液并磁力搅拌30min，取出用超纯水清洗15min，重复上述步骤并保证最后一层为纳米SiO2就可得到(PDDA/SiO2)n(n＝1,3,5,7,9)自组装复合多层膜，在80℃真空干燥箱干燥24h后，将试样浸入到装有0.3mLPOTS溶液的密闭容器中在125℃加热2h，使POTS蒸汽分子中的硅烷基与纳米SiO2中的羟基完全反应，干燥挥发后，超疏水木材制备完成，制得的木材水接触角达到161°。文献(Wang K.,Dong Y.,Zhang W.,Zhang S.and Li J.Preparation of Stable SuperhydrophobicCoatings on Wood Substrate Surfaces via Mussel-Inspired Polydopamine andElectroless Deposition Methods[J].Polymers.2017,9(12):218-230)利用化学沉积法在杨木表面附着聚多巴胺层，然后分别对其镀铜、浸入十八胺乙醇溶液处理，实验结果表明镀铜且使用十八胺乙醇溶液修饰后的杨木获得最佳疏水效果，水接触角达157°。上述专利方法及文献研究中超疏水木材制备流程复杂，反应条件相对要求较高，需要专门的生产设备，对木材原料尺寸有限制，不能根据实际情况满足所有生产需求，且未改善木材的防霉性，功能化单一。

发明内容

本发明目的在于克服现有疏水技术的缺点与不足，提供了一种疏水薄膜结构，制备流程大大简化，制备条件简单，大幅降低了生产成本，同时能为木材提供了超疏水性能，还能借助自清洁能力减少霉菌的滋生，提高木材防霉性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种疏水薄膜结构，所述疏水薄膜结构包括聚苯乙烯基底以及嵌入聚苯乙烯基底的纳米二氧化硅颗粒。

由上可知，本发明疏水薄膜结构在制备时，只要通过使用二次溶胀嵌入方法即可在木材表面构建以聚苯乙烯基为基底的超疏水涂层，与常用的溶胶凝胶法、水热法、层层自组装法等超疏水木材表面结构相比，本发明的制备流程大大简化，而且对生产设备和生产环境要求低，不受木材原料尺寸的限制，具有易操作、可实施性强的优点，大幅降低了生产成本。同时，木材的霉变主要是因为霉菌吸收了木材中的糖分和淀粉等营养物质，而疏水薄膜可在木材表面形成一层保护膜，可有效减少霉菌与木材的接触面积，从而减少霉菌的滋生，提高木材防霉性能。

作为本发明的一种改进，所述疏水薄膜结构的水接触角大于150°。

本发明还提供了一种疏水薄膜结构制备方法。

一种疏水薄膜结构制备方法，包括以下步骤：

将聚苯乙烯倒入四氢呋喃溶液中并搅拌均匀形成一次浸渍溶液；

将木材本体放在一次浸渍溶液中浸渍，取出后自然晾干；

将纳米二氧化硅颗粒倒入丙酮溶液中并搅拌均匀形成二次浸渍乳液；

将经过一次浸渍溶液浸渍后的木材本体放在二次浸渍乳液中浸渍，取出后自然晾干，即得到具有疏水薄膜结构的防霉型木材。

作为本发明的一种改进，所述一次浸渍溶液中的聚苯乙烯与四氢呋喃之间的固液质量配比为1％～15％。

作为本发明的一种改进，所述木材本体在一次浸渍溶液中浸渍的时间为3～10s。

作为本发明的一种改进，所述二次浸渍乳液中的纳米二氧化硅颗粒与丙酮之间的固液质量配比为0.4％～2.0％。

作为本发明的一种改进，所述木材本体在二次浸渍乳液中浸渍的时间为1～10s。

一种防霉型木材，包括木材本体，所述木材本体表面包覆有疏水薄膜结构。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明疏水薄膜结构不仅能为木材提供了超疏水性能，还能借助自清洁能力减少霉菌的滋生，提高木材防霉性能；

本发明疏水薄膜结构的制备方法简单、易操作，并且对设备和环境要求低，成本低廉，可大面积施工，在木质材料领域有巨大的应用前景和效益。

附图说明

图1为本发明防霉型木材的示意图；

图2为改性前和改性后的橡胶木的水接触角对比图；

图3为利用本发明方法获得的疏水薄膜结构的扫描电镜图；

图4为利用发明方法获得的防霉型木材的自清洁性能示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

实施例1

请参考图1，一种疏水薄膜结构，所述疏水薄膜结构20包括聚苯乙烯基底21以及嵌入在聚苯乙烯基底21的纳米二氧化硅颗粒22。

由上可知，本发明疏水薄膜结构在制备时，只要通过使用二次溶胀嵌入方法即可在木材表面构建以聚苯乙烯基为基底的超疏水涂层，与常用的溶胶凝胶法、水热法、层层自组装法等超疏水木材表面结构相比，本发明的制备流程大大简化，而且对生产设备和生产环境要求低，不受木材原料尺寸的限制，具有易操作、可实施性强的优点，大幅降低了生产成本。同时，木材的霉变主要是因为霉菌吸收了木材中的糖分和淀粉等营养物质，而疏水薄膜可在木材表面形成一层保护膜，可有效减少霉菌与木材的接触面积，从而减少霉菌的滋生，提高木材防霉性能。

在本实施例中，所述疏水薄膜结构20的水接触角大于150°。

一种疏水薄膜结构制备方法，包括以下步骤：

S1.将聚苯乙烯倒入四氢呋喃溶液中并搅拌均匀形成一次浸渍溶液；

S2.将木材本体放在一次浸渍溶液中浸渍，取出后自然晾干；

S3.将纳米二氧化硅颗粒倒入丙酮溶液中并搅拌均匀形成二次浸渍乳液；

S4.将经过一次浸渍溶液浸渍后的木材本体放在二次浸渍乳液中浸渍，取出后自然晾干，即得到具有疏水薄膜结构的防霉型木材。

在本实施例中，所述一次浸渍溶液中的聚苯乙烯与四氢呋喃之间的固液质量配比为1％～15％。

在本实施例中，所述木材本体在一次浸渍溶液中浸渍的时间为3～10s。

在本实施例中，所述二次浸渍乳液中的纳米二氧化硅颗粒与丙酮之间的固液质量配比为0.4％～2.0％。

在本实施例中，所述木材本体在二次浸渍乳液中浸渍的时间为1～10s。

一种防霉型木材，包括木材本体10，所述木材本体10表面包覆有上述所述的疏水薄膜结构20。

请参考图2，图2为改性前和改性后的橡胶木的水接触角对比图，通过图2得知，采用本发明方法获得的改性后橡胶木的水接触角大于150°。参考图3，图3为本发明方法获得的改性后橡胶木的疏水薄膜结构的扫描电镜图。请参考图4，将本发明方法获得的改性后橡胶木进行自清洁性能试验，先将污泥放在改性后橡胶木上，然后用水冲洗污泥，污泥在水冲洗情况下完全从改性后橡胶木上掉下，显示出本发明方法获得的改性后橡胶木具有优越的自清洁性能。经过4周的防霉实验，改性后橡胶木在前3周的霉菌感染值为1级(感染面积＜1/4)，第4周的霉菌感染值为2级(感染面积1/4-1/2)

实施例2

将橡胶木试件(50mm×20mm×5mm)气干至含水率为12％，密封备用；在机械搅拌状态下，分别配制浓度为10％的一次浸渍溶液，浓度为1.6％的二次浸渍乳液；在静止状态下，将气干橡胶木试件完全浸渍于一次浸渍溶液中，浸渍时间5s，取出后气干30min；将经一次浸渍溶液浸渍后的橡胶木试件完全浸渍于二次浸渍乳液中，浸渍时间3s，取出后气干30min，制得具有疏水薄膜结构的橡胶木。改性后橡胶木试件的水接触角为158.6°。

实施例3

将杨木试件(50mm×20mm×5mm)气干至含水率为10％，密封备用；在机械搅拌状态下，分别配制浓度为11％的一次浸渍溶液，浓度为1.8％的二次浸渍乳液；在静止状态下，将气干橡胶木试件完全浸渍于一次浸渍溶液中，浸渍时间3s，取出后气干30min；将经一次浸渍溶液浸渍后的橡胶木试件完全浸渍于二次浸渍乳液中，浸渍时间5s，取出后气干30min，制得具有疏水薄膜结构的橡胶木。改性后橡胶木试件的水接触角为150.8°。

实施例4

将橡胶木试件(50mm×20mm×5mm)气干至含水率为12％，密封备用；在机械搅拌状态下，分别配制浓度为8％的一次浸渍溶液，浓度为1.8％的二次浸渍乳液；在静止状态下，将气干橡胶木试件完全浸渍于一次浸渍溶液中，浸渍时间5s，取出后气干30min；将经一次浸渍溶液浸渍后的橡胶木试件完全浸渍于二次浸渍乳液中，浸渍时间3s，取出后气干30min，制得具有疏水薄膜结构的橡胶木。改性后橡胶木试件的水接触角为155.1°。

实施例5

将橡胶木试件(50mm×20mm×5mm)气干至含水率为10％，密封备用；在机械搅拌状态下，分别配制浓度为8％的一次浸渍溶液，浓度为2.0％的二次浸渍乳液；在静止状态下，将气干橡胶木试件完全浸渍于一次浸渍溶液中，浸渍时间5s，取出后气干30min；将经一次浸渍溶液浸渍后的橡胶木试件完全浸渍于二次浸渍乳液中，浸渍时间3s，取出后气干30min，制得具有疏水薄膜结构的橡胶木。改性后的橡胶木试件水接触角为152.1°。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

一种疏水薄膜结构及其制备方法、防霉型木材专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。