給楊木重組木穿上疏水「防護衣」

轉自：千龍網

在金屬材料領域，超疏水金屬表面早已取得成功。然而在工程木質材料領域，要想在重組木材表面構建超疏水功能，長期以來是一個巨大挑戰。

受黑莓果實表面形態及其多級結構的啓發，近日西南林業大學高偉教授團隊成功製備出楊木重組木新材料，並賦予其超強抗紫外線、超疏水和疏水自恢復功能，進一步拓展了重組木質材料的應用領域。

在重組木表面構建超疏水功能難度大

已有研究證實，不進行表面化學修飾，就可在金屬表面構建出微納米分級結構，實現金屬表面的超疏水改性；金屬表面也可直接通過氧化反應生成金屬氧化物，再聯合結構調控技術即可製備出無低表面能物質參與的超疏水錶面。

但要實現重組木表面超疏水，卻並非易事。1973年，澳大利亞科學家約翰·道格拉斯·科爾曼第一次提出「重組木」的概念，即「不打亂纖維的排列方向，保留木材的基本特性，進而重新組成具有木桁架那樣強度的產品」。高偉告訴記者，相比超疏水金屬表面，在重組木表面構築微納米的粗糙結構具有更大挑戰。一是重組木表面密度更高、初始粗糙度更低，難以用噴塗等常規加工方法在其表面構築超疏水功能；二是常規户外木器塗料用於重組木材表面塗飾后，在遭受温濕度變化、紫外線長時間照射時，會發生保護功能的永久性喪失。

「重組木材料主要是以人工林木材、竹材和灌木等生物質資源為原材料，採用纖維定向分離技術製備重組單元，經樹脂浸漬、乾燥和成形壓制而成的一種材料。」參與項目實驗工作的西南林業大學碩士研究生姜海秋介紹。

近年來，高偉團隊聚焦木質先進功能材料基礎研究和應用開發，在實木鋸材、工程木質複合材料表面超疏水、自清潔、抗紫外線、抗老化等先進功能材料方面展開了系列研究。團隊通過研發創新，目前已形成疏水多功能改性重組竹、重組木兩大系列產品。

楊木重組木在木結構及户外建築等領域使用廣泛，但楊木會因水分變化而出現各種問題，導致其物理力學性能降低。「在楊木重組木表面成功構築超疏水功能，賦予木材抗污、抗紫外線、自清潔等功能的同時，還可為其他工程木質材料超疏水改性研究提供理論和技術參考。」高偉説。

作為室外用材可延長建築使用壽命

自然界中，黑莓果實由許多小單果聚生而成，每一粒小單果包裹一顆種子，果實在成熟后圓潤飽滿，耐紫外線照射、不易積水、不易「招惹」真菌，看起來顆粒分明，黑亮誘人。

受黑莓果實形貌及多級結構啓發，高偉團隊在不使用低表面能物質改性的情況下，在楊木重組木表面原位合成全黑莓狀或黑莓和八面體混合結構，以及部分規則簇狀結構的銅化合物納米顆粒。在顯微鏡下看，如同給楊木重組木穿上一件綴滿黑莓成熟果實的外衣，首次在楊木重組木上實現了超疏水和自恢復功能。

「這種‘穿上新衣’的楊木重組木新材料，暴露在紫外線下1920小時后，仍保持着超疏水狀態。此外，在超疏水功能喪失后，通過簡單的加熱處理或大氣環境放置即可恢復超疏水功能。」西南林業大學湯正捷博士説。

在西南林業大學木質先進功能材料創新研究團隊實驗室，記者看到用細流水輕輕一衝，即可將超疏水楊木重組木表面的塵泥全部帶走；將其置於墨汁等污液中，取出后表面潔淨如初。

「該材料具有極強的拒水性，因此作為室外用材可延長建築的使用壽命。」姜海秋介紹。此外，超強的抗紫外線性能，使其長時間暴露在惡劣環境中仍能避免因光照老化引起的物理力學性能的降低，同時該材料還具有防污、防腐、防黴等功能。為此，這種重組木製品可作為建築材料，廣泛應用於景觀木結構建築、木質護欄、木質棧道、户外木地板、建築外牆等。

「最為難得的是，製備超疏水楊木重組木的方法簡單、成本低，在進一步優化工藝流程后，即可實現規模化生產。」高偉説，該楊木重組木新材料所用製備方法及技術同樣可應用於其他基材表面，具備一定的普適性，整體技術具有產業化應用前景。