木/竹基家具装饰材表面遗态法仿生植物叶片微纳结构及性能的制备方法
阅读说明：本技术 木/竹基家具装饰材表面遗态法仿生植物叶片微纳结构及性能的制备方法 (Preparation method of bionic plant leaf micro-nano structure and performance of wood/bamboo-based furniture decorative material surface morphism method ) 是由 王发鹏 范红伟 苏连锋 汤玉训 陈宏鹏 陈虹 吕森强 陆智勇 金赵敏 翁伟明 于 2021-03-04 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种木/竹基家具装饰材表面遗态法仿生植物叶片微纳结构及性能的制备方法,包括以下步骤：以下用量为重量份：步骤1)、PVA胶液的配制；步骤2)、弹性体印章复合液的配制；弹性体印章复合液为PDMS弹性体印章复合液或者聚苯乙烯(PS)弹性体印章复合乳液,采用以下两种方式之一配制：2.1)、PDMS弹性体印章复合液的配制；2.1)、聚苯乙烯(PS)弹性体印章复合乳液的配制；步骤3)、仿植物叶片效应木/竹基装饰材的制备；本发明通过软印刷技术手段将植物叶片微观表面微纳结构仿生制备到木竹基装饰材表面,可有效解决木竹基材因吸湿受潮而出现开裂、变形、霉变、蛀虫等缺陷,可有效延长装饰材的使用寿命、增加制品的附加值。(The invention provides a preparation method of a bionic plant leaf micro-nano structure and performance on the surface morphism method of a wood/bamboo-based furniture decorative material, which comprises the following steps: the following dosage is weight portion: step 1), preparing PVA glue solution; step 2), preparing elastomer stamp compound liquid; the elastomer seal composite liquid is PDMS elastomer seal composite liquid or Polystyrene (PS) elastomer seal composite emulsion, and is prepared by one of the following two ways: 2.1) preparing PDMS elastomer seal compound liquid; 2.1) preparing composite emulsion of Polystyrene (PS) elastomer seal; step 3), preparing a plant leaf effect imitating wood/bamboo-based decorative material; according to the invention, the micro-surface micro-nano structure of the plant leaf is prepared on the surface of the wood-bamboo-based decorative material in a bionic manner by a soft printing technical means, so that the defects of cracking, deformation, mildew, moth and the like of the wood-bamboo base material due to moisture absorption and wetting can be effectively overcome, the service life of the decorative material can be effectively prolonged, and the additional value of the product can be increased.)
技术领域
本发明涉及仿生植物叶片技术，具体涉及一种木/竹基家具装饰材表面遗态法仿生植物叶片微纳结构及性能的制备方法。
背景技术
木/竹基家具装饰材一般为花纹美观、质地优良树种，具有生长周期短、可再生、优良的物理性质和力学性能等特点。但是作为木质纤维材料，木、竹材内部多孔结构及自身的多羟基等化学组成，使之具有较强的亲水吸湿性。在加工、使用或贮存时，长时间处于湿度相对较大的环境下，木、竹材的体积和各个方向的尺寸在吸收水分后都会有所变化，一定程度上会使其强度有所降低；此外，因木、竹材不同部位吸湿程度的差异性，造成材料局部含水率不同，易出现开裂、变形、霉变、蛀虫等缺陷，进而影响其尺寸稳定性、力学性能、使用寿命及应用价值等。
受自然界植物叶片特殊表界面与性能的启发，如荷叶表面微纳米乳突结构所展现的“荷叶效应”、新鲜玫瑰花瓣多层次微纳乳突状结构呈现的超疏水高黏附特性、花生叶表面特殊的微纳米多尺度丘陵状结构所呈现的高黏附超疏水特性、水稻叶多级复合结构赋予的超疏水各向异性滚动特性，以及芋头叶、甘蓝的超疏水自清洁特性等。由于植物叶片表面特殊微观结构过于精细，目前常用的技术难以准确的仿制其表面形貌，因此无法充分利用遗态材料奇特的多功能特性。
随着仿生技术逐渐的成熟，为制备微纳米结构表面提供了操作便捷、成本低、效率和精度高的条件。软印刷技术是仿生科技的一种新方法，其核心是以弹性体印章，将植物叶片表面天然的微纳结构复制转印至木竹基材表面，待弹性体固化后移除叶片，便可得到具有类植物叶片微表面构造的基材。可有效延长装饰材的使用寿命、增加制品的附加值。
因此，需要对现有技术进行改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种木/竹基家具装饰材表面遗态法仿生植物叶片微纳结构及性能的制备方法，用该方法制备的类植物叶片表面特异性能木/竹基家具装饰材具有疏水的多功能表面，可有效解决木竹基材因吸湿受潮而出现开裂、变形、霉变、蛀虫等缺陷，可有效延长装饰材的使用寿命、增加制品的附加值。
为解决上述技术问题，本发明提供一种木/竹基家具装饰材表面遗态法仿生植物叶片微纳结构及性能的制备方法，包括以下步骤，以下用量为重量份：
步骤1)、PVA胶液的配制；
将10-30份粉状胶粘剂加入至100-200份溶剂中，按(0.5～3)：10的摩尔质量比例混合溶解；然后以60-90℃、300-400转/分(r/min)的转速充分搅拌至均匀透明，保温30min后，冷却至常温后得到PVA胶液，PVA胶液放置备用；
步骤2)、弹性体印章复合液的配制；弹性体印章复合液为PDMS弹性体印章复合液或者聚苯乙烯(PS)弹性体印章复合乳液，采用以下两种方式之一配制：
2.1)、PDMS弹性体印章复合液的配制：
将100-200份聚二甲基硅氧烷和固化剂按照10：(0.5～3)的摩尔质量比例混合，在350r/min的转速下充分搅拌至均匀透明即配制成PDMS混合液，静置至气泡完全消失后得到PDMS弹性体印章复合液；
2.2)、聚苯乙烯(PS)弹性体印章复合乳液的配制：
①称取1-2份的烷基酚醚磺基琥珀酸酯钠盐(OS)和十二烷基硫酸钠(SLS)，与10-20份的去离子水溶解，然后滴加100-200份的苯乙烯，均匀搅拌配制得到复合预乳液(PE)。
②在50～70℃下自动控温油浴锅内，将1-2份1mol/L的引发剂过二硫酸钾(KPS)的水溶液与20～40份的复合预乳液(PE)在四口烧瓶内混合。将剩余的复合预乳液(PE)与2-4份1mol/L的引发剂KPS、过氧化二苯甲酰(BPO)缓慢滴加到四口烧瓶中，整个滴加时间设定为在2h，在70-80℃、300-400r/min的速率下均匀搅拌，直至四口烧瓶内乳液的蓝色褪去，保温30min，冷却至室温取出即得到聚苯乙烯(PS)弹性体印章复合乳液。
步骤3)、仿植物叶片效应木/竹基装饰材的制备：
3.1)、将植物叶片修剪成合适的大小，然后将其平整铺在玻璃板上，将步骤2)配好的弹性体印章复合液，均匀滴加覆盖在植物叶片表面，除去气泡，放在60-70℃真空干燥箱中2-5小时烘干；取出，轻轻撕下叶片表面固化成型弹性体膜，得到具有反面植物叶片微观结构的弹性体膜；
3.2)、在木/竹基装饰材各端部表面均匀涂饰步骤1)制备的PVA胶液，然后将具有步骤3.1)所得的具有反面植物叶片微观结构的弹性体膜的均匀贴在木/竹基装饰材试样上，并施加10N-30N的压力，室温下放置12h后，剥离具有反面植物叶片微观结构的弹性体膜，即得到具有正面植物叶片结构的木/竹基材表面。
作为对本发明木/竹基家具装饰材表面遗态法仿生植物叶片微纳结构及性能的制备方法的改进：
所述的植物叶片是荷叶或者新鲜玫瑰花瓣。
作为对本发明木/竹基家具装饰材表面遗态法仿生植物叶片微纳结构及性能的制备方法的改进：
所述的粉状胶粘剂选择聚乙烯醇(PVA)或聚乙烯醇缩丁醛(PVB)其中的一种；所述的溶剂选择去离子水或无水乙醇或甲醇或正丁醇等其中的一种。
本发明木/竹基家具装饰材表面遗态法仿生植物叶片微纳结构及性能的制备方法的技术优势为：
自然界的植物叶片表面经长期自然选择的进化演绎，其自身多层次、多尺度、分级的特殊精密微纳结构，赋予了叶片表面具有超疏水、自清洁、耐老化、高黏附、耐酸碱、光反射等奇特功能。本发明通过软印刷技术手段将植物叶片微观表面微纳结构仿生制备到木竹基装饰材表面，可有效解决木竹基材因吸湿受潮而出现开裂、变形、霉变、蛀虫等缺陷，可有效延长装饰材的使用寿命、增加制品的附加值。而且这种方法具有操作简单、成本低、效率和精度高、可反复多次使用、无污染等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
1、称取原料
2、PVA胶液的配制：
配制100g/kg的PVA胶液，称取6g的PVA于烧杯中，加入54g的去离子水，静置0.5h溶胀后倒入三口瓶中，在自动控温油浴锅内，以80℃、300r/min的制备条件充分搅拌溶解至均匀透明的胶液。冷却后取出PVA胶液放置备用。
3、PDMS弹性体印章复合液的配制：
称取30g的PDMS于烧杯中，向其加入2g的固化剂184SEB,经充分搅拌后静置，直至气泡完全消失，放置备用。
4、仿荷叶效应木/竹基装饰材的制备：
①将荷叶叶片修剪成合适的大小，然后将其平整铺在玻璃板上，将配好的PDMS弹性体印章复合液均匀滴加覆盖在荷叶表面，除去气泡，放在50℃真空干燥箱中6小时烘干。取出轻轻撕下叶片表面固化成型弹性体膜，此时得到具有反面荷叶微观结构的PDMS印章模板；
②在木/竹家具装饰材各端部表面均匀涂饰配好的PVA胶液，然后将具有反面荷叶表面结构的PDMS膜均匀贴在木/竹基家具装饰板材上，并施加20N的压力，室温下放置12h待PVA胶液完全浸润到木/竹材内部并固化后，剥离PDMS膜，便获得仿荷叶效应木/竹装饰材，将此木/竹基装饰材放置在水接触角仪上，将水滴滴在木/竹基装饰材后水滴不浸润至木竹基装饰材内，同时水接触角仪可测出木竹基装饰材表面的水滴具有高于150°的接触角；此外，将此木/竹基装饰材倾斜5°，其表面的水滴会滚落木竹基装饰材表面且无浸润现象，说明此方法制备的木/竹基装饰材具有滴水不沾、超疏水自清洁的特性。
实施例2
1、称取原料
2、PVA胶液的配制：
配制100g/kg的PVA胶液，称取5g的PVA于烧杯中，加入45g的去离子水，静置20min溶胀后倒入三口瓶中，在自动控温油浴锅内，以85℃、350r/min的制备条件充分搅拌溶解至均匀透明的胶液。冷却后取出PVA胶液放置备用。
3、聚苯乙烯(PS)弹性体印章复合乳液的配制：
①称取0.5g OS和0.5g SLS，与10g去离子水溶解在四口烧瓶中，然后滴加100g的苯乙烯，均匀搅拌配制得到复合预乳液(PE)；
②在自动控温油浴锅内，将0.5g KPS、10g水和35g PE在四口瓶内以350r/min充分混合搅拌。直至温度升至75℃时，将1g KPS、1g BPO和20g去离子水混合溶液，与剩余的PE分别缓慢滴加到四口烧瓶中参与反应(整个滴加时间设定为在2h)。直至三口瓶内乳液的蓝色褪去，保温30min后调节乳液pH至中性值，冷却至室温取出即得到PS乳液。
4、仿荷叶效应木/竹基装饰材的制备：
①将荷叶叶片修剪成合适的大小，然后将其平整铺在玻璃板上，将配好的PS弹性体印章复合液均匀滴加覆盖在荷叶表面，除去气泡，放在60℃真空干燥箱中5小时烘干。取出轻轻撕下叶片表面固化成型弹性体膜，此时得到具有反面荷叶微观结构的PS印章膜；
②在木/竹基家具装饰材各端部表面均匀涂饰配好的PVA胶液，然后将具有反面荷叶表面结构的PS膜均匀贴在木/竹装饰板材上，并施加20N的压力，室温下放置12h待PVA胶液完全浸润到木/竹材内部并固化后，剥离PS膜，便获得仿荷叶效应木/竹装饰材，将此木/竹基装饰材放置在水接触角仪上，将水滴滴在木/竹基装饰材后水滴不浸润至木竹基装饰材内，同时水接触角仪可测出木竹基装饰材表面的水滴具有高于150°的接触角；此外，将此木/竹基装饰材倾斜5°，其表面的水滴会滚落木竹基装饰材表面且无浸润现象，说明此方法制备的木/竹基装饰材具有滴水不沾、超疏水自清洁的特性。
实施例3
1、称取原料
2、PVA胶液的配制：
配制100g/kg的PVA胶液，称取10g的PVA于烧杯中，加入90g的去离子水，静置20min溶胀后倒入三口瓶中，在自动控温油浴锅内，以85℃、350-380r/min的制备条件充分搅拌溶解至均匀透明的胶液。冷却后取出PVA胶液放置备用。
3、PDMS弹性体印章复合液的配制：
称取45g的PDMS于烧杯中，向其加入3g的固化剂184SEB,经充分搅拌后静置，直至气泡完全消失，放置备用。
4、仿玫瑰花瓣木/竹基装饰材的制备：
①将玫瑰花瓣修剪成合适的大小，然后将其平整铺在玻璃板上，将配好的PDMS弹性体印章复合液均匀滴加覆盖在花瓣表面，除去气泡，放在60℃真空干燥箱中5小时烘干。取出轻轻撕下玫瑰花瓣表面已固化成型的PDMS膜，此时得到具有反面玫瑰花瓣微观表面结构的PDMS印章膜；
②在木/竹基家具装饰材各端部表面均匀涂饰配好的PVA胶液，然后将具有反面玫瑰花瓣微观表面结构的PDMS膜均匀贴在木/竹装饰板材上，并各端面施加30N的压力，室温下放置12h待PVA胶液完全浸润到木/竹材内部并固化后，剥离PDMS膜，便获得仿玫瑰花瓣木/竹基装饰材，在其表面滴水或液体涂料，可清晰看见液滴在其表面呈球形。将此木/竹基装饰材放置在水接触角仪上，将水滴或液体涂料滴在木/竹基装饰材后水滴不浸润至木竹基装饰材内，同时水接触角仪可测出木竹基装饰材表面的液滴具有高于150°的接触角；此外将木/竹装饰材倾斜或反转180°，液滴依然牢牢吸附在各自表面上，说明改性后的木/竹基家具装饰材不仅有一定的防水特性，还对涂料等有较好的附着力。
实施例4
1、称取原料
2、PVA胶液的配制：
配制100g/kg的PVA胶液，称取10g的PVA于烧杯中，加入90g的去离子水，静置20min溶胀后倒入三口瓶中，在自动控温油浴锅内，以90℃、380r/min的制备条件充分搅拌溶解至均匀透明的胶液。冷却后取出PVA胶液放置备用。
3、聚苯乙烯(PS)弹性体印章复合乳液的配制：
①称取1g OS和1g SLS，与20g去离子水溶解在四口烧瓶中，然后滴加200g的苯乙烯，均匀搅拌配制得到复合预乳液(PE)；
②在自动控温油浴锅内，将1g KPS、10g水和60g PE在四口瓶内以380r/min充分混合搅拌。直至温度升至80℃时，将1g KPS、1g BPO和30g去离子水混合溶液，与剩余的PE分别缓慢滴加到四口烧瓶中参与反应(整个滴加时间设定为在2h)。直至三口瓶内乳液的蓝色褪去，保温40min后调节乳液pH至中性值，冷却至室温取出即得到PS乳液。
4、仿玫瑰花瓣木/竹基装饰材的制备：
①将玫瑰花瓣修剪成合适的大小，然后将其平整铺在玻璃板上，将配好的PS弹性体印章复合液均匀滴加覆盖在花瓣表面，除去气泡，放在60℃真空干燥箱中4-5小时烘干。取出轻轻撕下玫瑰花瓣表面已固化成型的PS膜，此时得到具有反面玫瑰花瓣微观表面结构的PS弹性体印章膜；
②在木/竹基家具装饰材各端部表面均匀涂饰配好的PVA胶液，然后将具有反面玫瑰花瓣微观表面结构的PS膜均匀贴在木/竹装饰板材上，并各端面施加30N的压力，室温下放置12-15h待PVA胶液完全浸润到木/竹材内部并固化后，剥离PDMS膜，便获得仿玫瑰花瓣木/竹基装饰材，在其表面滴水或液体涂料，可清晰看见液滴在其表面呈球形。将木/竹装饰材倾斜或反转180°，液滴依然牢牢吸附在各自表面上，说明改性后的木/竹基家具装饰材不仅有一定的防水特性，还对涂料等有较好的附着力。
实施例5
1、称取原料
2、PVB胶液的配制：
配制100g/kg的PVB胶液，称取10g的PVB于烧杯中，加入90g的无水乙醇，静置0.5h溶胀后倒入三口瓶中，在自动控温油浴锅内，以70℃、350r/min的制备条件充分搅拌溶解至均匀透明的胶液。冷却后取出PVB胶液放置备用。
3、PDMS弹性体印章复合液的配制：
称取45g的PDMS于烧杯中，向其加入3g的固化剂184SEB,经充分搅拌后静置，直至气泡完全消失，放置备用。
4、仿荷叶效应木/竹基装饰材的制备：
①将荷叶叶片修剪成合适的大小，然后将其平整铺在玻璃板上，将配好的PDMS弹性体印章复合液均匀滴加覆盖在荷叶表面，除去气泡，放在60℃真空干燥箱中5小时烘干。取出轻轻撕下叶片表面固化成型弹性体膜，此时得到具有反面荷叶微观结构的PDMS印章模板；
②在木/竹基家具装饰材各端部表面均匀涂饰配好的PVB胶液，然后将具有反面荷叶表面结构的PDMS膜均匀贴在木/竹基家具装饰板材上，并施加20N的压力，室温下放置18h待PVB胶液完全浸润到木/竹材内部并固化后，剥离PDMS膜，便获得仿荷叶效应木/竹装饰材，将此木/竹基装饰材放置在水接触角仪上，将水滴滴在木/竹基装饰材后水滴不浸润至木竹基装饰材内，同时水接触角仪可测出木竹基装饰材表面的水滴具有高于150°的接触角；此外，将此木/竹基装饰材倾斜5°，其表面的水滴会滚落木竹基装饰材表面且无浸润现象，说明此方法制备的木/竹基装饰材具有滴水不沾、超疏水自清洁的特性。
实施例6
1、称取原料
2、PVA胶液的配制：
配制100g/kg的PVA胶液，称取5g的PVB于烧杯中，加入45g的无水乙醇，静置20min溶胀后倒入三口瓶中，在自动控温油浴锅内，以80℃、350r/min的制备条件充分搅拌溶解至均匀透明的胶液。冷却后取出PVA胶液放置备用。
3、聚苯乙烯(PS)弹性体印章复合乳液的配制：
①称取0.5g OS和0.5g SLS，与10g去离子水溶解在四口烧瓶中，然后滴加100g的苯乙烯，均匀搅拌配制得到复合预乳液(PE)；
②在自动控温油浴锅内，将0.5g KPS、10g水和35g PE在四口瓶内以350r/min充分混合搅拌。直至温度升至75℃时，将1g KPS、1g BPO和20g去离子水混合溶液，与剩余的PE分别缓慢滴加到四口烧瓶中参与反应(整个滴加时间设定为在2h)。直至三口瓶内乳液的蓝色褪去，保温40min后调节乳液pH至中性值，冷却至室温取出即得到PS乳液。
4、仿荷叶效应木/竹基装饰材的制备：
①将荷叶叶片修剪成合适的大小，然后将其平整铺在玻璃板上，将配好的PS弹性体印章复合液均匀滴加覆盖在荷叶表面，除去气泡，放在50℃真空干燥箱中6小时烘干。取出轻轻撕下叶片表面固化成型弹性体膜，此时得到具有反面荷叶微观结构的PS印章膜；
②在木/竹基家具装饰材各端部表面均匀涂饰配好的PVA胶液，然后将具有反面荷叶表面结构的PS膜均匀贴在木/竹装饰板材上，并施加20N的压力，室温下放置12h待PVA胶液完全浸润到木/竹材内部并固化后，剥离PS膜，便获得仿荷叶效应木/竹装饰材，将此木/竹基装饰材放置在水接触角仪上，将水滴滴在木/竹基装饰材后水滴不浸润至木竹基装饰材内，同时水接触角仪可测出木竹基装饰材表面的水滴具有高于150°的接触角；此外，将此木/竹基装饰材倾斜5°，其表面的水滴会滚落木竹基装饰材表面且无浸润现象，说明此方法制备的木/竹基装饰材具有滴水不沾、超疏水自清洁的特性。
实施例7
1、称取原料
2、PVA胶液的配制：
配制100g/kg的PVA胶液，称取10g的PVB于烧杯中，加入90g的甲醇,倒入三口瓶中，在自动控温油浴锅内以85℃、380r/min的制备条件充分搅拌溶解至均匀透明的胶液。冷却后取出PVB胶液放置备用。
3、PDMS弹性体印章复合液的配制：
称取45g的PDMS于烧杯中，向其加入3g的184SEB,经充分搅拌后静置，直至气泡完全消失，放置备用。
4、仿玫瑰花瓣木/竹基装饰材的制备：
①将玫瑰花瓣修剪成合适的大小，然后将其平整铺在玻璃板上，将配好的PDMS弹性体印章复合液均匀滴加覆盖在花瓣表面，除去气泡，放在60℃真空干燥箱中5小时烘干。取出轻轻撕下玫瑰花瓣表面已固化成型的PDMS膜，此时得到具有反面玫瑰花瓣微观表面结构的PDMS印章膜；
②在木/竹基家具装饰材各端部表面均匀涂饰配好的PVB胶液，然后将具有反面玫瑰花瓣微观表面结构的PDMS膜均匀贴在木/竹装饰板材上，并各端面施加30N的压力，室温下放置12h待PVB胶液完全浸润到木/竹材内部并固化后，剥离PDMS膜，便获得仿玫瑰花瓣木/竹基家具装饰材。
实施例8
1、称取原料
2、PVA胶液的配制：
配制100g/kg的PVB胶液，称取8g的PVA于烧杯中，加入72g的正丁醇，静置20min溶胀后倒入三口瓶中，在自动控温油浴锅内，以90℃、380r/min的制备条件充分搅拌溶解至均匀透明的胶液。冷却后取出PVB胶液放置备用。
3、聚苯乙烯(PS)弹性体印章复合乳液的配制：
①称取1g OS和1g SLS，与20g去离子水溶解在四口烧瓶中，然后滴加200g的苯乙烯，均匀搅拌配制得到复合预乳液(PE)；
②在自动控温油浴锅内，将1g KPS、10g水和60g PE在四口瓶内以380r/min充分混合搅拌。直至温度升至80℃时，将1g KPS、1g BPO和30g去离子水混合溶液，与剩余的PE分别缓慢滴加到四口烧瓶中参与反应(整个滴加时间设定为在2h)。直至三口瓶内乳液的蓝色褪去，保温40min后调节乳液pH至中性值，冷却至室温取出即得到PS乳液。
4、仿玫瑰花瓣木/竹基装饰材的制备：
①将玫瑰花瓣修剪成合适的大小，然后将其平整铺在玻璃板上，将配好的PS弹性体印章复合液均匀滴加覆盖在花瓣表面，除去气泡，放在60℃真空干燥箱中4-5小时烘干。取出轻轻撕下玫瑰花瓣表面已固化成型的PS膜，此时得到具有反面玫瑰花瓣微观表面结构的PS弹性体印章膜；
②在木/竹基家具装饰材各端部表面均匀涂饰配好的PVB胶液，然后将具有反面玫瑰花瓣微观表面结构的PS膜均匀贴在木/竹装饰板材上，并各端面施加30N的压力，室温下放置12-15h待PVB胶液完全浸润到木/竹材内部并固化后，剥离PDMS膜，便获得仿玫瑰花瓣木/竹基家具装饰材。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
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