一种木材表面透明耐候性涂层的制备方法

摘要

一种木材表面透明耐候性涂层的制备方法。本发明所要解决的技术问题是，在不破坏木材表面天然美学纹理的前提下，在木材表面构建一层透明疏水的紫外吸收涂层，提供一种木材表面耐候性涂层的制备方法。首先利用热聚合法合成类石墨相氮化碳，并对其氧化剥离法处理得到氮化碳纳米片(CNNs)；配置一定质量比的纤维素纳米纤维(CNF)与CNNs的复合溶液，将其喷涂于木材试件表面；最后利用化学气相沉积法对试件表面进行疏水化处理，得到得到表面覆有CNF/CNNs耐候性涂层的功能型木材。本产品经15天耐候性测试，整体色差小于10％，远远小于未处理材的32％，木材表面水接触角由49度提高到135度。本产品具有简单、易得、无毒、成本低廉等优点，具有工业化生产前景，有利于提高木材的产品附加值，同时延长木制品使用寿命，实现木质资源材料的高效利用。

权利要求

1.一种木材表面透明耐候性涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)将长宽厚分别为20mm×20mm×5mm的杨木试件放入超声清洗机中，超声清洗表面5分钟，将清洗后的杨木试件置于60℃的干燥箱中干燥24小时，备用；

(2)以尿素为原料，在550℃条件下煅烧2小时，得到g‑C3N4粗产品，研磨均匀，备用；

(3)以98％浓H2SO4为氧化剂，对(2)中得到的g‑C3N4粗产品进行氧化剥离处理24小时，利用截流分子量为12000‑14000的透析袋以去离子水对稀释后的溶液进行反复透析处理，至透析液pH值为6.8～7.0，将透析袋内溶液进行超声分散处理1‑2小时，得到CNNs；

(4)利用商业CNF凝胶与(3)中制备的CNNs，配制质量比为1:0.5～1:0.05，质量浓度为

1％CNF/CNNs混合涂层溶液；

(5)利用喷枪将(4)中CNF/CNNs混合涂层溶液喷涂于(1)中杨木试件表面，25℃室温下静置至杨木表面涂层溶液干燥固化；

(6)以甲基三氯硅烷为疏水剂，利用化学气相沉积法，于60℃，0.1k Pa真空干燥箱中对(5)中得到的木材试件进行疏水化处理2小时，得到表面覆有CNF/CNNs耐候性涂层的功能型木材。

说明书

一种木材表面透明耐候性涂层的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种木材表面耐候性涂层的制备方法。

背景技术

[0002] 木材以其环境友好、可再生且具有天然美学纹理等特点，在室内装饰与建筑等领域占据着不可代替的位置。然而，由于木材作为一种生物质材料，其主要组成成分中的木质
素在紫外线的照射下会发生降解，同时木材表面存在的大量羟基使其具有亲水性，在雨水、
风蚀等作用下，木材表面结果会遭到破坏，严重缩短了木制品的使用寿命，大大增加了使用
成本。

[0003] 目前可以用作紫外屏蔽的物质有很多种，主要可分为有机紫外吸收剂和无机紫外吸收剂。近年来，由于有机试剂在其制备与使用过程中存在副产物较多与污染以及生物安
全性问题，使得无机紫外吸收剂得到大力发展。其中，类石墨相氮化碳(g‑C3N4)是一种不含
金属元素、无生物毒性、制备成本低廉、合成工艺简单的且性质稳定的无机化剂，通过对其
进行物理/化学的剥离处理，可以得到一种其具有类似石墨烯的二维材料类石墨相氮化碳
纳米片(CNNs)，目前其主要应用于光催化领域，而利用g‑C3N4作为紫外吸收剂的研究，除发
明人外鲜有报道。

[0004] 纤维素纳米纤维(CNF)是一种具有纳米尺度结构的纤维材料，其来源主要为木材、竹材、农作物秸秆等，但通常使用木浆。其制备方法多样，包括机械法、酶解法、Tempo氧化法
等。目前已经具备一定工业化生产能力。CNF在涂层材料、复合材料添加剂、食品添加剂、膜
材料、电容器等诸多领域都有广泛应用。

[0005] 综上所述，针对木材表面亲水、易受紫外老化的问题，本研究通过制备一种的CNF/CNNs 复合涂层，并对其表面进行疏水化处理，在木材表面构建一层透明的可以吸收紫外线
的疏水保护涂层，在保持木材天然纹理结构的条件下，得到耐候性功能型木材。本实验具有
操作简单、产品易得、无毒、成本低廉等优点，具有工业化生产前景。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题是，在不破坏木材表面天然美学纹理的前提下，在木材表面构建一层透明疏水的紫外吸收涂层，提供一种木材表面耐候性涂层的制备方法。

[0007] 本发明中耐候性涂层的制备方法具体按下述步骤进行：

[0008] 1.一种木材表面透明耐候性涂层的制备方法，包括以下步骤：

[0009] (1)将长宽厚分别为20mm×20mm×5mm的杨木试件放入超声清洗机中，超声清洗表面5分钟，将清洗后的杨木试件置于60℃的干燥箱中干燥24小时，备用；

[0010] (2)以尿素为原料，在550℃条件下煅烧2小时，得到g‑C3N4粗产品，研磨均匀，备用；

[0011] (3)以98％浓H2SO4为氧化剂，对(2)中得到的g‑C3N4粗产品进行氧化剥离处理24 小时，利用截流分子量为12000‑14000的透析袋以去离子水对稀释后的溶液进行反复透析
处理，至透析液pH值为6.8～7.0，将透析袋内溶液进行超声分散处理1‑2小时，得到CNNs；

[0012] (4)利用商业CNF凝胶与(3)中制备的CNNs，配制质量比为1:0.5～1:0.05，质量浓度为1％CNF/CNNs混合涂层溶液；

[0013] (5)利用喷枪将(4)中CNF/CNNs混合涂层溶液喷涂于(1)中杨木试件表面，25℃室温下静置至杨木表面涂层溶液干燥固化；

[0014] (6)以甲基三氯硅烷为疏水剂，利用化学气相沉积法，于60℃，0.1k Pa真空干燥箱中对(5)中得到的木材试件进行疏水化处理2小时，得到表面覆有CNF/CNNs耐候性涂层的功
能型木材。

[0015] 本发明以木材为研究对象，针对木材表面易受紫外照射老化与雨水侵蚀的问题，在木材表面构建透明的CNF/CNNs紫外吸收涂层，并对其进行疏水化处理，处理后的木材经
15天耐候实验，整体色差小于10％，远远小于未处理材的32％，木材表面水接触角由49度提
高到135度。本产品具有简单、产品易得、无毒、成本低廉等优点，具有工业化生产前景，有利
于提高木材的产品附加值，同时延长木制品使用寿命，实现木质资源材料的高效利用。

具体实施方式

[0016] 为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

[0017] 除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明
的保护范围。

[0018] 实例1

[0019] 将长宽厚分别为20mm×20mm×5mm的杨木试件放入超声清洗机中，超声清洗表面5 分钟，将清洗后的杨木试件置于60℃的干燥箱中干燥24小时，备用。以尿素为原料，在开启
式管式炉中，550℃条件下煅烧2小时，得到g‑C3N4粗产品，研磨均匀备用。利用98％浓 H2SO4
为对得到的g‑C3N4粗产品在磁力搅拌下进行氧化剥离处理24小时。利用截流分子量为 
12000‑14000的透析袋以去离子水对稀释后的溶液进行反复透析处理至透析液pH值为 6.8
～7.0，将透析袋内溶液进行超声分散处理1‑2小时，得到CNNs。利用商业CNF凝胶与制备的
CNNs，配制质量比为1:0.5～1:0.05，质量浓度为1％的CNF/CNNs混合涂层溶液。利用喷枪将
CNF/CNNs混合涂层溶液喷涂于中杨木试件表面，25℃室温下静置至杨木表面涂层溶液干燥
固化。以甲基三氯硅烷为疏水剂，利用化学气象沉积法，于60℃，0.1k Pa真空干燥箱中对涂
层表面进行疏水化处理2小时，得到表面覆有CNF/CNNs耐候性涂层的功能型木材。

[0020] 实例2

[0021] 将制备好的表面耐候性功能型木材放置于美国Q‑LAB公司生产的QUV紫外喷淋耐2
候实验箱中，进行耐候性测试。测试环境温度设定为60℃，辐射强度1.00W/m ，测试时间为
15 天。依据CIELAB颜色系统，使用北京卡美斯特公司生产的NF333型分光光度计对耐候测
试后的木材表面颜色进行测定，结果显示表面覆有CNF/CNNs涂层的木材表面整体色差小于 
10％，远远小于对照组的32％。利用北京东方德菲仪器有限公司生产的OCA20视频光学接触
角测量仪对试件表面水接触角进行测试，结果显示处理后木材试件表面接触角由处理前的
49 度提高到135度。