CN109968482A - 一种温敏性透明木材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种温敏性透明木材的制备，先将木材薄片样品进行预处理，然后用亚氯酸钠溶液和冰醋酸处理，之后用水洗至中性，获得去发色基团组分的木材基板；采用有机溶剂梯度法或超临界干燥法对样品进行脱水处理，进一步获得脱水后的去发色基团组分的木材基板；用有机溶剂分散的纳米变温粉，通过流体载入到去发色基团组分的木材基板的细胞腔内和细胞壁上，获得载有可逆纳米感温颗粒的木材基板；用与纤维折射率相近且高光学透光型的聚合物浸渍，然后进一步固化聚合，获得一种温敏可逆透明木材。所获温敏可逆透明木材不仅感温可逆，且具有高于80%以上的光学透光率。

Description

一种温敏性透明木材的制备方法
技术领域
本发明属于木材技术开发及改性技术领域，具体涉及一种温敏性透明木材的制备方法。
背景技术
木材是一种具有各向异性的天然高分子材料，主要由纤维素、半纤维素和木素组成。其中纤维素沿植物生长方向有序延伸，木素和半纤素一起作为填充剂和黏结剂，分布在细胞壁的微细纤维和胞间层之间，把相邻细胞粘结在一起，赋予细胞及植物很大的机械强度。
本发明旨在制备一种温敏性透明木材，主要涉及的技术问题主要有两点，一个是木材的温敏改性，另一个是木材的木材透光改性。
木材要想具有高的透光性，首先则需要对木材进行组分调控，尽可能去除木材中的发色组分，即含发色基团的木素和果胶、单宁等组分，然后向上述所提及的去发色组分材中加入与纤维素折射率相近的高透光提质组分，一方面可实现木材高的透光性，两一方面可赋予木材高的强度性能。
目前，只有为数不多的国内外学者对透明木材进行了研究，但关于透明木材的温敏改性，目前国内外还无相关的文章或报道。本发明所制备的温敏性透明木材不仅具有较高的透光性，而且具有很好的温致变色功能，能很好的感应外界温度，可应用与生活和生产中。由于其特殊的透光特性，本发明制备的温敏性透明木材还可与其他基材复合，不仅保持基材的美观，还可赋予基材更好的感温特性。此发明所示的温敏变色是可逆的，当温度达到一定温度时，透明木材有无色，变为深紫红色，当高温物质撤去或温度降低到某一值，则透明木材回复如初。
综上所述，本发明制备的温敏性透明木材，不仅外观美观高透光，而且可以作为温敏材料监测和预警高温，具有很好的社会价值，更有更高的经济价值。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种温敏性透明木材的制备，通过木材组分调控，温敏改性，聚合物浸注改性，固化，制备一种高曲性温敏透明木材。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种温敏性透明木材的制备，包括以下步骤：
1）先将一定厚度的木材薄片样品放入水溶液中充分润湿；
2）将润湿后的样品放入碱液中进行高温预处理，处理时长为1-5h，之后用水冲洗至中性；
3）将2）中预处理后的样品用质量分数为1%-10%亚氯酸盐钠，酸性条件下处理，处理时长为1-4h，之后用去离子水冲洗至中性，获得去发色基团组分的木材基板；
4）随后将不含发色基团组分的木材基板进行脱水处理，获得脱水后的去发色基团组分的木材基板；
5）再将脱水后的去发色基团组分的木材基板放到用有机溶剂分散的质量分数为1%-3%的纳米变温粉溶液中，通过流体和一些辅助手段将纳米可逆变温粉载入到木材基板的细胞腔内和细胞壁上，获得载有可逆纳米感温颗粒的木材基板；
6）最后选用与纤维折射率相近且高光学透光性聚合物浸渍包埋载有可逆纳米感温颗粒的木材基板，50℃~60℃下固化，获得一种温敏可逆透明木材。
所述的步骤2）中的碱溶液为3%-10%氢氧化钠溶液。
所述的步骤2）中高温预处理的温度为50℃-90℃。
所述的步骤4）中的脱水方法有机溶剂梯度法、冷冻干燥法或超临界干燥法。
所述的有机溶液梯度为40%乙醇、60%乙醇、80%乙醇、纯乙醇、乙醇:丙酮1:1、纯丙酮、未引发聚合的浸渍液单体。
所述步骤5）中的有机溶剂为丙酮或未引发聚合的浸渍物单体。
所述的浸渍单体为权利要求1中步骤6）所述的高光学透光性聚合物的聚合前驱单体甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯。
所述步骤5）中的辅助手段有真空浸渍、加压储罐加压浸渍、超声辅助真空浸渍。
所述的步骤6）中的与纤维折射率相近且高光学透光率的聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、环氧树脂、水杨酸甲酯等或其混合物。
本发明的有益效果是：
1）本发明依然维持木材天然的生长形态；
2）本发明具有高于80%以上的光学透光率；
3）本发明具有变温特性，能用于探测物质的温度，用于生活中，可以防烫伤，用于装修中，不仅外观美观，还可探测温度，及早感知高温；
4）本发明变温后可逆；
5）本发明具有很好的力学特性，抗摔；
6）本发明增加了木材应用的附加值，为可再生木材提供了很好的社会应用价值。
附图说明
图1为本发明的原木材样品。
图2为去发色基团组分的木材基板。
图3为载有可逆纳米感温颗粒的木材基板的微观形貌图。
图4为本发明变温前的实体图。
图5为本发明变温后的实体图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步叙述，但本发明不局限于以下实施例。
1）先将样品（如图1所示）浸泡在6%氢氧化钠溶液中，控制木片的含水率为70%，然后进行微波处理2min;
2）将微波处理后的样品放入足量的质量分数为7%亚氯酸盐钠，酸性条件下（pH为4）处理，处理时长为3h；
3）将处理后的木材用蒸馏水冲洗至中性，随后采用有机溶剂梯度法（40%乙醇、60%乙醇、80%乙醇、纯乙醇、乙醇:丙酮1:1、未引发聚合的浸渍液的单体）进行脱水处理，如图2所示；
4）然后将样品放到有机溶剂分散的质量分数为2%的70℃±2℃变温的纳米变温粉的溶液中，通过流体载入，通过真空抽滤方式将纳米可逆变温粉载入到弯曲木材基板的细胞腔内和细胞壁上，获得载有可逆纳米感温颗粒的木材基板；其微观形貌图如图3所示；
5）最后将载有可逆纳米感温颗粒的木材基板浸渍到预聚合的MMA（甲基丙烯酸甲酯）中，通过抽真空法将预聚合的MMA浸渍包埋载有可逆纳米感温颗粒的木材基板，50℃下固化，获得一种温敏可逆透明木材，如图4所示。
实施例2
制备温敏性透明木材，包括以下步骤：
1）先将样品（木材薄片）置于装有沸水的密闭容器中，利用蒸汽和高温液态水使木片快速润湿；
2）将润湿后的样品放入4%氢氧化钠溶液中预处理，处理温度40℃，反应2h，之后用去蒸馏水冲洗至中性；
3）再将样品用足量的质量分数为6%亚氯酸盐钠，酸性条件下（pH为3）处理，处理时长为2.5h；
4）将处理后的木材用蒸馏水冲洗至中性，随后采用冷冻干燥法对样品进行脱水处理；
5）将脱水后的样品放到有机溶剂分散的质量分数为2%的60℃±2℃纳米变温粉的溶液中，通过流体载入，通过自然浸渍方式将纳米可逆变温粉载入到木材基板的细胞腔内和细胞壁上，获得载有可逆纳米感温颗粒的木材基板；
6）最后将载有可逆纳米感温颗粒的木材基板浸渍到预聚合的苯乙烯中，通过超声辅助真空浸渍法将预聚合的MMA浸渍包埋载有可逆纳米感温颗粒的木材基板，固化，获得一种温敏可逆透明木材。
7）将本发明所制温敏可逆透明木材浸入65℃的热水中进行温敏性测试，15s内温敏可逆透明木材从无色透明变为紫红色透明，发生如图5所示的显色反应，撤去温度后温敏性透明木材又恢复到无色透明。

Claims (9)

1.一种温敏性透明木材的制备，其特征在于，包括以下步骤：
1）先将一定厚度的木材薄片样品放入水溶液中充分润湿；
2）将润湿后的样品放入碱液中进行高温预处理，处理时长为1-5h，之后用水冲洗至中性；
3）将2）中预处理后的样品用质量分数为1%-10%亚氯酸盐钠，酸性条件下处理，处理时长为1-4h，之后用水冲洗至中性，获得去发色基团组分的木材基板；
4）随后将不含发色基团组分的木材基板进行脱水处理，获得脱水后的去发色基团组分的木材基板；
5）再将脱水后的去发色基团组分的木材基板放到用有机溶剂分散的质量分数为1%-3%的纳米变温粉溶液中，通过流体和一些辅助手段将纳米可逆变温粉载入到木材基板的细胞腔内和细胞壁上，获得载有可逆纳米感温颗粒的木材基板；
6）最后选用与纤维折射率相近且高光学透光性聚合物浸渍包埋载有可逆纳米感温颗粒的木材基板，50℃~60℃下固化，获得一种温敏可逆透明木材。
2.根据权利要求1所述的一种温敏性透明木材的制备，其特征在于，所述的步骤2）中的碱溶液为3%-10%氢氧化钠溶液。
3.根据权利要求1所述的一种温敏性透明木材的制备，其特征在于，所述的步骤2）中高温预处理的温度为50℃-90℃。
4.根据权利要求1所述的一种温敏性透明木材的制备，其特征在于，所述的步骤4）中的脱水方法有机溶剂梯度法或超临界干燥法。
5.根据权利要求4所述的一种温敏性透明木材的制备，其特征在于，所述的有机溶液梯度为40%乙醇、60%乙醇、80%乙醇、纯乙醇、乙醇:丙酮1:1、纯丙酮、未引发聚合的浸渍液单体。
6.根据权利要求1所述的一种温敏性透明木材的制备，其特征在于，所述的步骤5）中的有机溶剂为丙酮或未引发聚合的浸渍物单体。
7.根据权利要求5或6所述的一种温敏性透明木材的制备，其特征在于，浸渍单体为权利要求1中步骤6）所述的高光学透光型聚合物的聚合前驱单体如甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯等。
8.根据权利要求1所述的一种温敏性透明木材的制备，其特征在于，所述的步骤5）中的辅助手段有真空浸渍、加压储罐加压浸渍、超声辅助真空浸渍。
9.根据权利要求1所述的一种温敏性透明木材的制备，其特征在于，所述的步骤6）中的与纤维折射率相近且高光学透光率的聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、环氧树脂、水杨酸甲酯等或其混合物。
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