壳聚糖-茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材及其制备

本发明属于木材改性，具体涉及壳聚糖-茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材及其制备方法。背景技术：1、木材是一种可再生绿色环保材料，被广泛应用于家具和建筑中。木材主要是由纤维素、半纤维素和木质素等组成的多孔性材料，其三大组成成分的结构上均存在大量羟基等亲水基团，使其具有极强亲水性。而木材在吸收水分后，容易导致尺寸变形、腐朽变色等问题。2、通过构建疏水表面(结构)，不仅能够赋予木材防水功能，还可以有效提高木材表面的自清洁力。目前，疏水表面通常采用两种方式构建：(1)表面构建微纳米粗糙结构；(2)在基底表面修饰低表面能物质。然而，传统的疏水表面的构建方法，在制备工艺、功能性和实际应用等方面存在诸多问题，如大多存在制备工艺复杂、设备与试剂昂贵、试剂含有一定毒性及功能单一的问题。3、同时，木材鉴于其结构特性，往往具有较强的易燃性，在使用过程中容易造成火灾，从而对人类生命及财产安全造成严重损失。目前，市面上通常采用阻燃剂来提升木材的阻燃效果以及使用安全性。但现有的木材阻燃剂大多存在生物降解性差、会产生烟雾或有毒气体、原材料成本高等问题。4、因此，提供一种原材料更为环保、制备方法简便、设备要求低、成本低且具有工业化生产可行性的阻燃疏水改性木材的制备方法，成为本发明亟需解决的关键问题。技术实现思路1、为了解决上述现有技术的问题，本发明的第一目的是提供一种壳聚糖-茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材的制备方法，其制备过程简单、原料均为生物质材料、来源广泛、绿色环保、可再生且成本低，并且该方法采用浸渍方式，将速生木材分别浸渍于带有壳聚糖溶液和茶多酚溶液中，通过层层自组装的浸渍方式，能够得到具有优异的阻燃和疏水效果的改性木材。2、本发明的第二目的是提供上述制备方法制备得到的壳聚糖-茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材，其具有优异的阻燃和疏水效果的改性木材，且改性后保留了木材本身的纹理特征，颜色自然美观，适于高品质改性木材的工业化应用。3、本发明的目的之一，采用的技术方案是：4、一种壳聚糖-茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材的制备方法，包括以下步骤：5、步骤(1)：将速生木材于壳聚糖溶液中进行浸渍处理，然后取出清洗、干燥，得到壳聚糖改性木材；6、步骤(2)：将步骤(1)得到的壳聚糖改性木材于茶多酚溶液中进行浸渍处理，然后取出清洗、干燥，得到壳聚糖-茶多酚改性木材；7、步骤(3)：取步骤(2)所得壳聚糖-茶多酚改性木材，依次重复上述步骤(1)、步骤(2)中的浸渍、清洗、干燥步骤，重复次数为3～12次，得到所述壳聚糖-茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材。8、作为进一步改进的技术方案，步骤(1)中，所述速生木材为速生杨木、速生桉木、速生松木中的一种。9、作为进一步改进的技术方案，步骤(1)中，所述速生木材在壳聚糖溶液中浸渍处理前，预先进行清洗和干燥。10、作为进一步改进的技术方案，步骤(1)中，所述壳聚糖溶液的浓度为4～6g/l，ph为3～4；所述壳聚糖溶液中采用的壳聚糖的脱乙酰度≥95％，粘度为100～200mpa·s。11、作为进一步改进的技术方案，步骤(1)中，所述浸渍处理的时间为0.5～2h。12、作为进一步改进的技术方案，步骤(2)中，所述茶多酚溶液的浓度为1～10g/l。13、作为进一步改进的技术方案，步骤(2)中，所述浸渍处理的时间为0.5～2h。14、作为进一步改进的技术方案，所述重复次数为4～9次。15、作为进一步改进的技术方案，步骤(1)、步骤(2)中，所述清洗是采用水进行清洗；所述干燥的温度为50～80℃。16、作为进一步改进的技术方案，步骤(1)、步骤(2)中，所述浸渍处理在室温下进行。本发明中所述的室温一般是指15～35℃。17、本发明的目的之二，采用的技术方案是：18、一种采用上述制备方法制备得到的壳聚糖-茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材。19、相较于现有技术，本发明的有益效果主要在于：20、本发明提供的壳聚糖-茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材的制备方法，以速生木材为基材，采用层层自组装技术，以静电作用力为驱动力，将带正电荷的壳聚糖聚电解质和带负电荷的茶多酚聚电解质复配组装于木材表面，在木材表面形成改性膜。具体原理为，木材表面呈负电荷，浸入带正电荷的壳聚糖溶液中，通过正负电荷相吸的作用，木材表面吸附带正电荷的壳聚糖聚阳离子，此时表面带有正电荷。再将其浸入带负电荷的茶多酚溶液中，木材表面再吸附带负电荷的茶多酚聚阴离子，此时木材表面吸附一层壳聚糖-茶多酚的复合膜，以此为组装一层，循环重复浸渍数次，可得到具有优异的阻燃和疏水效果的改性木材。21、本发明采用上述方法制备得到的壳聚糖、茶多酚浸渍修饰的改性木材，木材表面附着由壳聚糖、茶多酚吸附的复合膜。其中，本发明改性过程中使用的壳聚糖、茶多酚均为天然可降解的聚电解质生物质材料，来源广泛、成本低、安全性高。并且，本发明采用茶多酚进行改性，其碳含量较高，而壳聚糖具有较高氮含量，从而能够在木材燃烧热解过程中促进成炭，发挥隔热隔氧作用，抑制可燃气体产生，达到阻燃作用。同时，茶多酚是一种含有大量侧链的芳香族化合物，其邻苯三酚/邻苯二酚在材料疏水改性方面具有良好效果。22、综合而言，本发明的制备方法采用层层自组装浸渍方式，将速生木材分别浸渍于带有聚阳离子的壳聚糖溶液和带聚阴离子的茶多酚溶液中，烘干后速生木材表面通过静电吸附壳聚糖和茶多酚形成疏水阻燃表面，无需后续表面能物质或其他阻燃剂再修饰即可获得疏水阻燃双重特性的材料。并且，本发明制备过程均采用水溶剂，制备过程及原理简单，原料来源广泛、绿色环保、可再生，进一步提高了木材疏水与阻燃性能，且改性后保留木材本身纹理特征，颜色自然美观。同时，本发明的制备过程中对设备要求低，在高品质改性木材制备领域具有极具竞争力的工业化生产可行性。技术特征：1.一种壳聚糖-茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的壳聚糖-茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述速生木材为速生杨木、速生桉木、速生松木中的一种。3.根据权利要求1所述的壳聚糖-茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述速生木材在壳聚糖溶液中浸渍处理前，预先进行清洗和干燥。4.根据权利要求1所述的壳聚糖-茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述壳聚糖溶液的浓度为4~6g/l，ph为3~4；所述壳聚糖溶液中采用的壳聚糖的脱乙酰度≥95%，粘度为100~200mpa·s。5.根据权利要求1所述的壳聚糖-茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述浸渍处理的时间为0.5~2h。6.根据权利要求1~5任一项所述的壳聚糖-茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述茶多酚溶液的浓度为1~10g/l。7.根据权利要求1~5任一项所述的壳聚糖-茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述浸渍处理的时间为0.5~2h。8.根据权利要求1~5任一项所述的壳聚糖-茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材的制备方法，其特征在于，所述重复次数为4~9次。9.根据权利要求1~5任一项所述的壳聚糖-茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材的制备方法，其特征在于，步骤（1）、步骤（2）中，所述清洗是采用水进行清洗；所述干燥的温度为50~80℃。10.一种采用权利要求1~9任一项所述的制备方法制备得到的壳聚糖-茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材。技术总结本发明属于木材改性技术领域，具体涉及壳聚糖‑茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材及其制备方法。本发明提供的壳聚糖‑茶多酚修饰的阻燃疏水改性木材的制备方法，采用层层自组装浸渍方式，将速生木材分别浸渍于壳聚糖溶液和茶多酚溶液中，烘干后速生木材表面通过静电吸附壳聚糖和茶多酚形成疏水阻燃表面，无需后续表面能物质或其他阻燃剂再修饰即可获得疏水阻燃双重特性的材料。并且，本发明制备过程及原理简单，原料来源广泛、绿色环保、可再生，且改性后能够保留木材本身纹理特征，颜色自然美观，在高品质改性木材制备领域具有极具竞争力的工业化生产可行性。技术研发人员：翁梦芸,富艳春,徐伟,顾水祥,桂成胜,沈云芳,周鑫林,姜全建受保护的技术使用者：南京林业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18