木材表面构建超疏水涂层,可以有效抵御水分特别是液态水对木材的侵入,从而避免木材因吸水而产生的变形开裂、生物降解等问题。但超疏水表面精细的微/纳米粗糙结构比较脆弱,且与木材表面较难通过化学键紧密连接,极大限制了超疏水木材的实际应用。因而,制备具有高机械耐磨性和耐久性的超疏水涂层是超疏水木材研究需要解决的关键问题。本研究基于“荷叶效应”,以环境友好、性质稳定的纳米二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(Ti O2)为无机填料,以具有粘结作用的透明聚合物为有机基质,采用有机-无机杂化的方法,在木材表面构建有机/无机复合超疏水涂层,从而获得具有高强耐久性膜层的超疏水木材。论文的研究内容和结果包括以下方面:(1)在木材表面构建具有高机械耐磨性和耐久性的超疏水涂层采用两步法在木材表面构建超疏水涂层:首先在木材基底预置透明环氧树脂底层,以覆盖木材表面天然微沟槽结构,然后构建SiO2/环氧树脂/氟硅烷(FAS)复合超疏水薄膜。采用透射电子显微镜(TEM)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、原子力显微镜(AFM)以及傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对超疏水涂层的微观形貌和化学组成进行表征,并测试其疏水、疏油性能、自清洁性能、机械耐磨性能、耐水冲击及耐光老化性能。结果表明:该复合超疏水涂层具有精细的微/纳米二元粗糙结构,该结构协同低表面能物质FAS,使木材表面具有良好的超疏水性能(水静态接触角为153°,滚动角低于4°)、疏油性能(乙二醇接触角为146°,滚动角低于11o)和自清洁效果。由于环氧树脂与SiO2纳米粒子间良好的结合力以及超疏水膜的粗糙度可再生能力,木材表面的超疏水膜具有良好的机械稳定性,能够抵抗砂纸磨擦及雨水冲击,并保持超疏水性能。同时,超疏水木材具有耐光老化性能,能够在紫外光(UV)辐射后保留木材原本的纹理色泽。(2)在涂饰木材表面构建半透明、机械耐磨超疏水涂层采用简单浸渍法将聚二甲基硅氧烷(PDMS)/SiO2纳米粒子复合超疏水涂层构建于涂饰木材表面以获得超疏水木材。采用FE-SEM、AFM对超疏水涂层的微观形貌进行表征,并测试其疏水性能、涂层透明性及机械耐磨性能。结果表明:复合涂层表面的微观结构与粗糙度可以通过调节SiO2与PDMS的比例来控制,从而调控木材表面的润湿性。当SiO2纳米粒子含量达到一定临界值时(复合溶液溶质质量的28%~35%),涂层表面形成微/纳米级粗糙结构,使处理材由疏水转变为超疏水。虽然由于纳米粒子的团聚使复合超疏水涂层的透明性有所降低,但超疏水木材依然保持其原有的纹理色泽。由于PDMS-SiO2间结合非常紧密而且涂层粗糙度具有可再生能力,经过砂纸磨擦实验后,PDMS/SiO2复合超疏水涂层的超疏水性能依然保持,表现出良好的机械稳定性和耐久性。(3)在木材表面构建具有可修复功能的超疏水涂层采用简单的喷涂法在预置PDMS底层的木材表面构建全氟烃基甲基丙烯酸共聚物(PMC)/TiO2纳米粒子复合超疏水涂层。采用SEM、X射线光电子能谱仪(XPS)对超疏水涂层的微观形貌及化学组成进行表征,并测试其疏水、疏油性能、机械耐磨性能及可修复性能。结果表明:微/纳米结构结合低表面能的氟化聚合物赋予木材良好的疏水、疏油性能,表面张力大于30.1 mN m-1的液体在木材表面的接触角在150o左右。制备的超疏水木材具有良好的机械稳定性,能够在反复磨擦后仍保持超疏水性能。即使表面的疏水物质PMC在UV辐照后发生光催化降解,使得水滴在表面产生粘滞现象,其超疏水性能也能通过简单的热处理得以恢复(滚动角小于10o)。热处理过程中,底层的疏水物质PDMS在表面能最小化效应的驱动作用下迁移到表面以补充必要的低表面能物质。