一种竹木材的快捷防水处理方法

摘要

本发明涉及一种竹木材的快捷防水处理方法。本发明首次采用氟气直接对木材进行处理。在惰性气体环境下，氟分子与木材中的高分子化合物发生反应，将木材表面亲水性基团—C‑OH转换为C‑F、C‑HF、C‑F2及少量的C‑F3，降低了木材表面自由能，处理后表面接触角可达到120°，不但起到疏水、疏油的作用，对防霉、防腐性能也有明显的提高。

权利要求

1.一种竹木材的快捷防水处理方法，其特征在于所述氟化反应以静态方式进行时，反应器为静态氟化反应器，所述方法如下：（1）将竹木材干燥至含水率为7 15%；

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（2）竹木材置于静态氟化反应器中，在70 80℃下抽真空，抽真空时间6 18h，真空度10~ ~-3 mbar；所述静态氟化反应器的内部设置两个半封闭的隔档，将内部分成三段，从入口到出口每一段温度阶梯升高，第一段温度40 45℃，第二段50 55℃，第三段60 65℃；

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（3）往反应器中通入氮气冲洗0.5 2h，以去除残留空气和水分；

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（4）往反应器中注入氟气与氮气体积比为1：2 5的混合气，在40 70℃下反应1 3h；在氟~ ~ ~化反应期间，监测氟化反应器内部氟气与氮气体积比，及时补充反应消耗的氟气；

（5）反应器加热到100 120℃，通入氮气气流，作用1 3h吹扫残余的氟气，然后冷却至室~ ~温。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（5）氟气尾气由40g/L的Na2CO3溶液进行吸收。

3.一种竹木材的快捷防水处理方法，其特征在于所述氟化反应以动态形式进行时，反应器为连续式氟化反应器，所述方法如下：（1）将竹木材干燥至含水率为7 15%；

~

（2）将竹木材置于真空罐中，在70 80℃下抽真空，抽真空时间10 18h，真空度10-3 ~ ~mbar；

（3）将竹木材快速转移至连续式氟化反应器中，通入氮气冲洗0.5 2h，以去除残留空气~和水分；

（4）在室温下，在反应器中通入氟气氮气混合气，体积比为1：1 3，持续氟化5 20min；

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（5）反应器加热到100 120℃，通入氮气气流，作用1 2h吹扫残余的氟气，然后冷却至室~ ~温。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于氟气尾气经压缩机回收纯化。

说明书

一种竹木材的快捷防水处理方法

(一)技术领域

[0001] 本发明涉及一种竹木材的快捷防水处理方法。(二)背景技术

[0002] 竹木材细胞壁物质——纤维素、半纤维素和木质素富含羟基等亲水性基团，横弦径的各向异性及大量毛细管孔隙的存在等特点导致其很容易发生干缩湿胀，进而产生产品开裂及尺寸变形等缺陷，也导致竹木质产品生物耐久性差，很容易发生霉变、腐朽等。

[0003] 氟是自然界电负性最强的元素，也是最强的单质氧化剂。氟气，元素氟的气体单质，化学式F2，可与木材中的碳原子结合、与C-OH或C-H甚至木质素的芳香环发生化学取代，形成C-F键，碳氟键的键长变短，键能增大，具有较好的稳定性，同时由于C-F键的极性较小，导致含氟聚合物的表面自由能较低，能赋予基材良好的憎水、憎油性。

[0004] 目前，市面上主要及有机氟防水剂为主，通过乳液聚合或树脂合成等，其作用原理是通过在基材表面成膜，降低基材的表面张力和表面自由能，提高防水性、防油性和耐腐蚀性。被广泛应用于纺织物及皮革整理剂等领域。有机氟防水剂的合成工艺十分复杂，且在基材成膜的方式导致防水层抗流失性差、很容易剥离失效等弊端。(三)发明内容

[0005] 本发明目的是提供一种利用氟气对竹木材进行快捷防水处理的方法。

[0006] 本发明采用的技术方案是：

[0007] 一种竹木材的快捷防水处理方法，所述方法包括：

[0008] (1)将竹木材干燥至含水率为7～15％；

[0009] (2)竹木材在氟气与氮气混合气为介质的反应器中进行氟化反应；

[0010] (3)氟化反应结束后，反应器加热到100～120℃，通入氮气气流，作用1～3h吹扫残余的氟气，然后冷却至室温。

[0011] 本发明涉及一种竹木材的快捷防水处理方法。本发明首次采用氟气直接对木材进行处理。在惰性气体环境下，氟分子与木材中的高分子化合物发生反应，将木材表面亲水性基团—C-OH转换为C-F、C-HF、C-F2及少量的C-F3，降低了木材表面自由能，处理后表面接触角可达到120°，不但起到疏水、疏油的作用，对防霉、防腐性能也有明显的提高。

[0012] 所述氟化反应可分静态氟化和动态氟化两种方式，氟化反应器的内部材料应附有钝化镍(NiF2保护膜)。气态氟纯度要求98～99％(v/v)，其中氢氟酸(HF)小于0.5％(v/v)，和其他气体(主要是氧气/氮气)约0.5％(v/v)。采用静态反应时，先将竹木材放入反应器中抽真空，然后用氮气冲洗去除残留空气和水分之后，再通入氟气与氮气混合气进行氟化反应；采用动态反应时，竹木材先在氟化反应器外部完成抽真空、再迅速转入反应器中，用氮气冲洗去除残留空气和水分之后，再进行氟化反应。

[0013] 所述氟化反应为静态氟化反应时，所述方法如下：

[0014] (1)将竹木材干燥至含水率为7～15％；

[0015] (2)竹木材置于静态氟化反应器中，在70～80℃下抽真空，抽真空时间6～18h，真空度10-3mbar；

[0016] (3)往反应器中通入氮气冲洗0.5～2h，以去除残留空气和水分；

[0017] (4)往反应器中注入氟气与氮气体积比为1：2～5的混合气，在常压、40～70℃下反应1～3h；在氟化反应期间，监测氟化反应器内部氟气与氮气体积比，及时补充反应消耗的氟气；

[0018] (5)反应器加热到100～120℃，通入氮气气流，作用1～3h吹扫残余的氟气，然后冷却至室温。

[0019] 静态氟化反应器气密性好，抽真空和氟化反应器为一体，一次性注入定量氟气，适合小样品的氟化，内部具有加热装置，底座可设计为可旋转或者在气流流动方向上分割成若干半封闭空间，配合温度梯度设置，以便竹木材均匀氟化。

[0020] 所述的气流方向上可分割成若干半封闭空间及梯度加热，具体操作如在静态氟化反应器的内部设置两个半封闭的隔档，将内部分成三段，从入口到出口每一段温度阶梯升高，如第一段温度40～45℃，第二段50～55℃，第三段60～65℃。

[0021] 氟气尾气由40g/L的Na2CO3溶液进行吸收(反应方程式如下)，可进一步提纯。

[0022] 2F2+2H2O＝4HF+O2 2HF+Na2CO3＝2NaF+H2O+CO2

[0023] 所述氟化反应以动态形式进行时，氟化器为连续式氟化反应器，所述方法如下：

[0024] (1)将竹木材干燥至含水率为7～15％；

[0025] (2)将竹木材置于真空罐中，在70～80℃下抽真空，抽真空时间10～18h，真空度10-3mbar；

[0026] (3)将竹木材快速转移至反应器中，通入氮气冲洗0.5～2h，以去除残留空气和水分；

[0027] (4)室温下，在氟化反应器通入氟气与氮气体积比为1：1～3的混合气，持续氟化5～20min；

[0028] (5)反应器加热到100～120℃，通入氮气气流，作用1～2h吹扫残余的氟气，然后冷却至室温。

[0029] 动态氟化反应时，持续通入氟氮混合气体，适合大规格样品的氟化，反应器优选为桶状结构。氟气尾气经压缩机回收纯化。

[0030] 本发明的有益效果主要体现在：本发明采用氟气对木材直接进行氟化处理，极大的降低了木材表面自由能，处理后表面接触角可达到120°以上，将亲水性表面改性为疏水、疏油性表面，对材料的防霉、防腐性能也有明显的提高，处理后样品可达到国家标准规定的耐腐要求。(四)具体实施方式

[0031] 下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

[0032] 实施例1：毛竹单板动态氟化疏水处理

[0033] 试材：毛竹单板(500×500×2mm长×宽×厚)

[0034] 1.毛竹单板在80℃条件下干燥至含水率8％；

[0035] 2.将毛竹单板置于真空罐中，在80℃条件下抽真空10h，真空度10-3mbar；

[0036] 3.将样品快速转移到氟化反应器中，通入氮气冲洗1h，去除内部的空气和水分；

[0037] 4.在氟化反应器中通入氟-氮气混合气(体积比为1：2)，持续氟化5min；

[0038] 5.氟气尾气经压缩机回收纯化；

[0039] 6.在105℃温度下，通入氮气1.5h，去除样品残余的F2分子及HF和CF4，冷却至室温；

[0040] 7.性能测试：采用接触角测量仪测定处理后的毛竹单板表面接触角为125°，达到疏水要求(θ>90°)。按照国家标准GB/T 13942.1-2009“木材耐久性能第1部分：天然耐腐性实验室试验方法”及GB/T 18261-2013“防霉剂对木材霉菌及变色菌防治效力的试验方法”进行测试，防腐等级达II级(耐腐)，防霉受害值1，防治效力75％。

[0041] 实施例2：桉木木材静态氟化疏水处理

[0042] 试材：桉木样品(50×50×10mm长×宽×厚)

[0043] 1.桉木样品在80℃条件下干燥至含水率10％；

[0044] 2.开启氟化器反应器的加热装置，在80℃条件下抽真空8h，真空度10-3mbar；

[0045] 3.通入氮气冲洗1h，以去除残留空气和水分；

[0046] 4.注入氟氮混合气(体积比为1：2)以达到1atm。密闭反应器在55℃条件下保持3h，期间通入3次氟气补偿反应中氟分子的消耗；

[0047] 5.停止反应，开启尾气回收阀，对尾气进行回收处理。氟气尾气由40g/L的Na2CO3溶液进行吸收；

[0048] 6.将反应器加热到105℃，通入氮气气流，作用1.5h吹扫残余的氟气，然后冷却至室温；

[0049] 7.性能测试：采用接触角测量仪测定处理后的桉木表面接触角为127°，达到疏水要求(θ>90°)。按照国家标准GB/T 13942.1-2009“木材耐久性能第1部分：天然耐腐性实验室试验方法”及GB/T 18261-2013“防霉剂对木材霉菌及变色菌防治效力的试验方法”进行测试，防腐等级达II级(耐腐)，防霉受害值1，防治效力75％。