基于仿生学的木材超疏水表面改性研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.02.024

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (2): 182-196.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.02.024

基于仿生学的木材超疏水表面改性研究进展

仇洪波()

唐山师范学院唐山市光电转换材料重点实验室，河北唐山，063000

收稿日期:2021-08-16 出版日期:2022-02-26 发布日期:2022-02-23
作者简介:仇洪波（1989—），男，讲师，从事生物质材料功能化改性研究，947759364@qq.com
基金资助:
唐山市人才资助项目(A202110035);唐山师范学院博士基金项目(2020A02)

Research progress in superhydrophobic wood surface based on bionic technology

QIU Hongbo()

Tangshan Key Laboratory of Photoelectric/Electrophotonic Conversion Materials，Tangshan Normal University，Tangshan 063000，China

Received:2021-08-16 Online:2022-02-26 Published:2022-02-23

摘要/Abstract

摘要：

介绍了超疏水理论模型及天然超疏水表面仿生机制；综述了国内外关于木材超疏水表面的构建方法，包括模板印刷法、刻蚀法、接枝共聚法、溶胶?凝胶法等，分析了不同超疏水表面构建方法的优缺点及存在的问题，并阐述了超疏水木材的应用前景；最后，对超疏水木材研究中存在的一些问题及未来的发展趋势进行了总结与展望。

关键词: 超疏水, 木材, 仿生学, 改性

Abstract:

In this paper， the theoretical models of superhydrophobicity and the biomimetic mechanisms of natural superhydrophobic surface were introduced， and the construction methods of wood superhydrophobic surface at home and abroad were reviewed， which included stencil printing method， etching method， graft copolymer method， and sol?gel method. The advantages， disadvantages， and problems of different construction methods for superhydrophobic surface were analyzed. The application prospects of superhydrophobic wood were described. Finally， the challenges and prospects of the study on superhydrophobic wood were proposed．

Key words: superhydrophobic, wood, bionics, modification

中图分类号:

TQ314

仇洪波. 基于仿生学的木材超疏水表面改性研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 182-196.

QIU Hongbo. Research progress in superhydrophobic wood surface based on bionic technology[J]. China Plastics, 2022, 36(2): 182-196.

图/表 17

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类型	制备方法	优点	缺点	参考文献
自上而下方法	自然基底模板法	基底材料来源广泛，操作简单，成本低	难以大规模生产，复制过程中结构易变形	［26⁃28，55］
	人工基底模板法	可大规模生产，操作方便，可重复使用	需要昂贵的刻蚀设备，剥离时容易破坏结构	［30⁃31，56］
	等离子体刻蚀法	操作简单，表面均匀性好	设备比较昂贵，反应条件苛刻	［34⁃35，57］
	化学刻蚀法	成本低，适合工业化生产，界面结合强度高	化学试剂污染环境，破坏基材结构、强度降低	［36⁃38］
自下而上方法	接枝共聚法	操作简单，性能稳定，耐久性好	耗时长，成本高，污染环境	［40，43⁃45］
	溶胶⁃凝胶法	各种体系已基本成熟，制备工艺简单，反应条件温和，成本较低	溶胶和凝胶过程难以控制，溶液稳定性差	［47⁃50］
	CVD法	实验参数可调控，制备的涂层更均匀精细	需要昂贵的设备、高温等反应条件，有毒和腐蚀性气体污染环境	［52⁃54］
	浸涂、喷涂法	适合大面积生产，操作简单，成本低	需要专门的设备，涂层与基材附着强度差	［58⁃61］
	层层自组装法	操作简便，组装程度、结构容易控制	耗时较长，制备效率低	［62⁃63］
	水热法	制备原理简单，可通过调节反应条件控制材料的形貌和尺寸	需要专门的反应设备，对温度、压力要求高，不适合大面积制备	［64⁃65］

类型	制备方法	优点	缺点	参考文献
自上而下方法	自然基底模板法	基底材料来源广泛，操作简单，成本低	难以大规模生产，复制过程中结构易变形	［26⁃28，55］
	人工基底模板法	可大规模生产，操作方便，可重复使用	需要昂贵的刻蚀设备，剥离时容易破坏结构	［30⁃31，56］
	等离子体刻蚀法	操作简单，表面均匀性好	设备比较昂贵，反应条件苛刻	［34⁃35，57］
	化学刻蚀法	成本低，适合工业化生产，界面结合强度高	化学试剂污染环境，破坏基材结构、强度降低	［36⁃38］
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	溶胶⁃凝胶法	各种体系已基本成熟，制备工艺简单，反应条件温和，成本较低	溶胶和凝胶过程难以控制，溶液稳定性差	［47⁃50］
	CVD法	实验参数可调控，制备的涂层更均匀精细	需要昂贵的设备、高温等反应条件，有毒和腐蚀性气体污染环境	［52⁃54］
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	层层自组装法	操作简便，组装程度、结构容易控制	耗时较长，制备效率低	［62⁃63］
	水热法	制备原理简单，可通过调节反应条件控制材料的形貌和尺寸	需要专门的反应设备，对温度、压力要求高，不适合大面积制备	［64⁃65］

树种	制备方法	疏水性试剂	接触角/（°）	应用	文献
桉木	溶胶⁃凝胶法	正硅酸乙酯/全氟癸基三氯硅烷	159	自清洁	［66］
椴木	喷涂法	SiO₂/全氟癸基三乙氧基硅烷/环氧树脂	155	自清洁、热能存储	［67］
杉木	浇筑法	SiO₂/全氟辛基三乙氧基硅烷	160	自清洁、耐久性防护层	［68］
杉木	喷涂法	全氟烷基甲基丙烯酸共聚物/PDMS/TiO₂	150	自清洁、耐久性防护层	［69］
松木	浸渍法	HDTMS/MTMS	157.9	耐久性防护层	［61］
椴木	浸渍法	HDTMS/MTMS	162.9	耐久性防护层	［61］
未提到	化学沉积法	Cu/AgNO₃	160.5	耐久性防护层	［70］
椴木	接枝共聚法	三氯甲基硅烷	153	油水分离	［71］
巴尔沙木	CVD法	MTMS	151	油水分离	［72］
巴尔沙木	浸渍法	甲基丙烯酸甲酯/掺杂元素的铝锶化合物	162.8	智能窗户	［73］

树种	制备方法	疏水性试剂	接触角/（°）	应用	文献
桉木	溶胶⁃凝胶法	正硅酸乙酯/全氟癸基三氯硅烷	159	自清洁	［66］
椴木	喷涂法	SiO₂/全氟癸基三乙氧基硅烷/环氧树脂	155	自清洁、热能存储	［67］
杉木	浇筑法	SiO₂/全氟辛基三乙氧基硅烷	160	自清洁、耐久性防护层	［68］
杉木	喷涂法	全氟烷基甲基丙烯酸共聚物/PDMS/TiO₂	150	自清洁、耐久性防护层	［69］
松木	浸渍法	HDTMS/MTMS	157.9	耐久性防护层	［61］
椴木	浸渍法	HDTMS/MTMS	162.9	耐久性防护层	［61］
未提到	化学沉积法	Cu/AgNO₃	160.5	耐久性防护层	［70］
椴木	接枝共聚法	三氯甲基硅烷	153	油水分离	［71］
巴尔沙木	CVD法	MTMS	151	油水分离	［72］
巴尔沙木	浸渍法	甲基丙烯酸甲酯/掺杂元素的铝锶化合物	162.8	智能窗户	［73］

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基于仿生学的木材超疏水表面改性研究进展

Research progress in superhydrophobic wood surface based on bionic technology

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