CN110181635A - 一种透光性木质储能材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种透光性木质储能材料的制备方法。该方法具体步骤如下：一、对木材进行脱木素处理，制得脱木素木模板。二、用熔融共混法制备具有储能功能的树脂复合材料。三、用制得的树脂复合材料对脱木素木模板进行真空浸渍，充分填充到木材的细胞腔和细胞壁中，得到透光性木质储能材料。本方法具有以下优势：1)本方法操作简单，不需要大量试剂，绿色环保；2)木材的结构保存较完好，力学性能也较之前优异；3)处理后的木材有较高的透光率和雾度；4)本方法制得的树脂复合材料中储能材料占比高达80％，木材具有较好的储能功能，有利于调节室温，节约能源。本发明的目的是要解决现有透光性木质材料没有储能功能的问题。

Description

一种透光性木质储能材料的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种透光性木质储能材料的制备方法。
背景技术
能源的消耗随着经济的发展不断增加，节能减排迫在眉睫。为了解决这个问题，大量的研究工作致力于提高能源使用效率、减少能源消耗和减少传统能源的消耗。因此降低建筑业的能源消耗成为研究热点。如果我们能将取之不尽用之不竭的太用能能源利用到极致，可以大量减少能源的消耗。透光建筑可以实现太阳光替代人工光源，对减少能源消耗有很大的积极作用。
木材作为生物质材料具有可再生性和环境友好性的优势日益受到关注。用于建筑的玻璃具有高导热性，三分之一用于加热或冷却室温的能量会通过无效率的玻璃窗户流失。并且玻璃在受到撞击时易碎，易造成安全问题。基于木材是生物质友好材料，通过处理透光性木材可以达到玻璃的透射性，而且具有比普通木材更高的强度。在此基础上让透光性木材具有储能的功能，可以有效解决这个问题。
专利106243391A公开了一种透明木材的制备方法，在脱木素过程中使用生物酶，制得透光率为70％的木材。专利CN108699420A公开了透明木材复合物的制备方法，可以作为引导阳光透射率和有效隔热的节能建筑材料，有效实现一致和均匀的室内照明。专利CN106313221A公开了一种荧光透明磁性木材的制备方法，是将荧光磁性纳米粒子填充入木材之中，透光率达到80％，能够被条形磁铁吸引，在紫外灯激发下发出荧光。专利CN108818834A公开了一种长余辉荧光层合透明木材的制备方法，是将荧光剂与环氧树脂混合后浸渍木材并层合，得到透明且具有长余辉荧光特性。专利CN108890820A公开了一种光温双重相应木质储能材料的制备方法，是将拥有红外光屏蔽功能的二氧化钒纳米颗粒和具有相变储能的温变微胶囊填充到脱木素木材中。以上所述的专利都为透光性木质材料的相关研究，但是大多操作复杂，使用试剂较多，不符合绿色环保、节约能源的初衷。而且在储能方面研究极少，本发明的创新之处在于储能材料在树脂复合材料中占比可高达80％，在温度升高时将能量储存起来，在温度降低时再释放出来，有利于调节室温，节约能源，有望实现冬暖夏凉的美好希翼。操作简单，不需要大量多种试剂，绿色环保。透光率高达90％，可以最大限度利用太阳能能源，减少能源消耗。本发明制得的木材可以在节能建筑材料、家具及室内材料以及光电材料中广泛应用。
本发明提出了一种透光性木质储能材料的制备方法，旨在解决透光性木材不具有储能功能的问题，其方法关键在于将相变储能材料与透明树脂材料通过熔融共混法混合，再通过真空浸渍的方法将其填充于脱木素木模板中，再干燥固化，使得透光性木材具备储能功能。该发明制得的透光性木质储能材料透光率高，力学性能好，储能性能好，拓宽并提高了该种材料的应用范围和使用价值。
发明内容
本发明的目的是解决现有透光性木质材料没有储能功能的问题。解决现有玻璃导热性高，用于加热或冷却室温的能量通过无效率的玻璃窗户流失而且玻璃易碎，会造成能源消耗和安全问题，而提供一种透光性木质储能材料的制备方法。
一种透光性木质储能材料的制备方法，具体是按照以下步骤完成的：
一、制备脱木素木模板：
①、将NaOH和Na2SO3溶解到去离子水中，得到混合溶液Ⅰ；
步骤一①中所述的混合溶液中NaOH的浓度为2mol/L～3mol/L；
步骤一①中所述的混合溶液中Na2SO3的浓度为0.3mol/L～0.5mol/L；
②、将木材浸入到混合溶液Ⅰ中，再将混合溶液Ⅰ加热至80℃～100℃，再在温度为80℃～100℃下加热6h～9h，得到初步处理的木基质，使用蒸馏水对初步处理的木基质进行润洗；
③、将质量分数为30％的H2O2溶液稀释到去离子水中，配置浓度为2mol/L～3mol/L的双氧水溶液，得到溶液Ⅱ；
④、将初步处理的木基质浸入到溶液Ⅱ中，再将溶液Ⅱ加热至80℃～100℃，再在温度为80℃～100℃下反应3h～5h，漂白木材；使用蒸馏水对漂白木材进行润洗，再浸入到无水乙醇中；
二、熔融共混法制备具有储能功能的树脂复合材料：
①、将透明树脂材料和相变储能材料混合，再在温度为70℃～90℃下反应20min～40min，得到聚合溶液；
步骤二①中所述的透明树脂材料为环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯或异氰酸酯；
步骤二①中所述的相变储能材料为石蜡、聚乙二醇或硬脂酸；
步骤二①中所述的透明树脂材料和相变储能材料的质量比为1:(1～4)；
②、将聚合溶液置于冰水浴中冷却至0℃，再在搅拌速度300r/min～400r/min下搅拌反应20min～30min，得到混合溶液Ⅲ；
三、浸渍具有储能功能的树脂复合材料：
①、将脱木素木材从无水乙醇中取出，再浸入到混合溶液Ⅲ中，再在真空条件下浸渍20min～40min，再将脱木素木材取出，得到第一次浸渍的脱木素木材；
②、将第一次浸渍的脱木素木材再次浸入到混合溶液Ⅲ中，再在真空条件下浸渍20min～40min，再将脱木素木材取出在后置于两片玻璃片之间，再在温度为50℃～60℃下干燥3h～5h，得到透光性木质储能材料。
本发明的原理：
本发明将原始木材中的木质素大部分去掉，使其拥有较高的透光率；再将透明树脂材料和相变储能材料进行熔融共混，并且充分填充于木材的细胞腔和细胞壁之中，制备出透光性木质储能材料。
本发明的优点是：
一、本发明产品具有高透光率，保留木材大部分优良的理化性质，并且提高其硬度，具有较好的调光储能性能，有望实现冬暖夏凉，节约能耗；
二、本发明制备的透光性木质储能材料的安全性高，玻璃为易碎产品，破碎后又较高的危险性，但本发明产品具有较高的安全性；
三、本发明制备的透光性木质储能材料的透光率高达90％，储能材料在树脂复合材料中占比可高达80％。
本发明可获得一种透光性木质储能材料。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式是一种透光性木质储能材料的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、制备脱木素木模板：
①、将NaOH和Na2SO3溶解到去离子水中，得到混合溶液Ⅰ；
步骤一①中所述的混合溶液中NaOH的浓度为2mol/L～3mol/L；
步骤一①中所述的混合溶液中Na2SO3的浓度为0.3mol/L～0.5mol/L；
②、将木材浸入到混合溶液Ⅰ中，再将混合溶液Ⅰ加热至80℃～100℃，再在温度为80℃～100℃下加热6h～9h，得到初步处理的木基质，使用蒸馏水对初步处理的木基质进行润洗；
③、将质量分数为30％的H2O2溶液稀释到去离子水中，配置浓度为2mol/L～3mol/L的双氧水溶液，得到溶液Ⅱ；
④、将初步处理的木基质浸入到溶液Ⅱ中，再将溶液Ⅱ加热至80℃～100℃，再在温度为80℃～100℃下反应3h～5h，漂白木材；使用蒸馏水对漂白木材进行润洗，再浸入到无水乙醇中；
二、熔融共混法制备具有储能功能的树脂复合材料：
①、将环氧树脂和石蜡混合，再在温度为70℃～90℃下反应20min～40min，得到聚合溶液；
步骤二①中所述的环氧树脂和石蜡的质量比为1:1；
②、将聚合溶液置于冰水浴中冷却至0℃，再在搅拌速度300r/min～400r/min下搅拌反应20min～30min，得到混合溶液Ⅲ；
三、浸渍具有储能功能的树脂复合材料：
①、将脱木素木材从无水乙醇中取出，再浸入到混合溶液Ⅲ中，再在真空条件下浸渍20min～40min，再将脱木素木材取出，得到第一次浸渍的脱木素木材；
②、将第一次浸渍的脱木素木材再次浸入到混合溶液Ⅲ中，再在真空条件下浸渍20min～40min，再将脱木素木材取出在后置于两片玻璃片之间，再在温度为50℃～60℃下干燥3h～5h，得到透光性木质储能材料。
本实施方式的优点是：
一、本实施方式产品具有高透光率，保留木材大部分优良的理化性质，并且提高其硬度，具有较好的调光储能性能，有望实现冬暖夏凉，节约能耗；
二、本实施方式制备的透光性木质储能材料的安全性高，玻璃为易碎产品，破碎后又较高的危险性，但本发明产品具有较高的安全性；
三、本实施方式制备的透光性木质储能材料的透光率高达90％，储能材料在树脂复合材料中占比可高达80％。
本实施方式可获得一种透光性木质储能材料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二②中的质量比为1：2，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二②中的质量比为1：3，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二②中的质量比为1：4，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二①中的透明树脂材料为甲基丙烯酸甲酯，相变储能材料为聚乙二醇，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二①中的透明树脂材料为异氰酸酯，相变储能材料为硬脂酸，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一②中的木材为椴木，厚度为1mm，其它与具体实施方式一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种透光性木质储能材料的制备方法是具体是按照以下步骤完成的：
一、制备脱木素木模板：
①、将NaOH和Na2SO3溶解到去离子水中，得到混合溶液Ⅰ；
步骤一①中所述的混合溶液中NaOH的浓度为2.5mol/L；
步骤一①中所述的混合溶液中Na2SO3的浓度为0.4mol/L；
②、将木材浸入到混合溶液Ⅰ中，再将混合溶液Ⅰ加热至90℃，再在温度为90℃下加热6h，得到初步处理的木基质，使用蒸馏水对初步处理的木基质进行润洗；
③、将质量分数为30％的H2O2溶液稀释到去离子水中，配置浓度为2.5mol/L的双氧水溶液，得到溶液Ⅱ；
④、将初步处理的木基质浸入到溶液Ⅱ中，再将溶液Ⅱ加热至90℃，再在温度为90℃下反应3h，漂白木材；使用蒸馏水对漂白木材进行润洗，再浸入到无水乙醇中；
二、熔融共混法制备具有储能功能的树脂复合材料：
①、将甲基丙烯酸甲酯和聚乙二醇1000混合，再在温度为80℃下反应30min，得到聚合溶液；
步骤二①中所述的甲基丙烯酸甲酯和聚乙二醇1000的质量比为1:4；
②、将聚合溶液置于冰水浴中冷却至0℃，再在搅拌速度300r/min下搅拌反应30min，得到混合溶液Ⅲ；
三、浸渍具有储能功能的树脂复合材料：
①、将脱木素木材从无水乙醇中取出，再浸入到混合溶液Ⅲ中，再在真空条件下浸渍30min，再将脱木素木材取出，得到第一次浸渍的脱木素木材；
②、将第一次浸渍的脱木素木材再次浸入到混合溶液Ⅲ中，再在真空条件下浸渍30min，再将脱木素木材取出在后置于两片玻璃片之间，再在温度为55℃下干燥4h，得到透光性木质储能材料。

Claims (12)

1.一种透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于一种透光性木质储能材料的制备方法是按照以下步骤完成的：
一、制备脱木素木模板：
①、将NaOH和Na2SO3溶解到去离子水中，得到混合溶液Ⅰ；
步骤一①中所述的混合溶液中NaOH的浓度为2mol/L～3mol/L；
步骤一①中所述的混合溶液中Na2SO3的浓度为0.3mol/L～0.5mol/L；
②、将木材浸入到混合溶液Ⅰ中，再将混合溶液Ⅰ加热至80℃～100℃，再在温度为80℃～100℃下加热6h～9h，得到初步处理的木基质，使用蒸馏水对初步处理的木基质进行润洗；
③、将质量分数为30％的H2O2溶液稀释到去离子水中，配置浓度为2mol/L～3mol/L的双氧水溶液，得到溶液Ⅱ；
④、将初步处理的木基质浸入到溶液Ⅱ中，再将溶液Ⅱ加热至80℃～100℃，再在温度为80℃～100℃下反应3h～5h，漂白木材；使用蒸馏水对漂白木材进行润洗，再浸入到无水乙醇中；
二、熔融共混法制备具有储能功能的树脂复合材料：
①、将透明树脂材料和相变储能材料混合，再在温度为70℃～90℃下反应20min～40min，得到聚合溶液；
步骤二①中所述的透明树脂材料为环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯或异氰酸酯；
步骤二①中所述的相变储能材料为石蜡、聚乙二醇或硬脂酸；
步骤二①中所述的透明树脂材料和相变储能材料的质量比为1:(1～4)；
②、将聚合溶液置于冰水浴中冷却至0℃，再在搅拌速度300r/min～400r/min下搅拌反应20min～30min，得到混合溶液Ⅲ；
三、浸渍具有储能功能的树脂复合材料：
①、将脱木素木材从无水乙醇中取出，再浸入到混合溶液Ⅲ中，再在真空条件下浸渍20min～40min，再将脱木素木材取出，得到第一次浸渍的脱木素木材；
②、将第一次浸渍的脱木素木材再次浸入到混合溶液Ⅲ中，再在真空条件下浸渍20min～40min，再将脱木素木材取出在后置于两片玻璃片之间，再在温度为50℃～60℃下干燥3h～5h，得到透光性木质储能材料。
2.根据权利要求1所述的一种透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤一①中所述的混合溶液NaOH的浓度为2mol/L～3mol/L；所述的混合溶液Na2SO3的浓度为0.3mol/L～0.5mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤一②中所述的木材为轻木，厚度为1mm～2mm。
4.根据权利要求1所述的一种透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤一②中木材浸入到混合溶液Ⅰ中，再将混合溶液Ⅰ加热至80℃～100℃，再在温度为80℃～100℃下加热6h～9h，得到初步处理的木基质，使用蒸馏水对初步处理的木基质进行润洗。
5.根据权利要求1所述的一种透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤一③中所述的溶液Ⅱ中的H2O2溶液配置浓度为2mol/L～3mol/L。
6.根据权利要求1所述的一种透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤一④中将初步处理的木基质浸入到溶液Ⅱ中，再将溶液Ⅱ加热至80℃～100℃，再在温度为80℃～100℃下反应3h～5h，漂白木材；使用蒸馏水对漂白木材进行润洗，再浸入到无水乙醇中。
7.根据权利要求1所述的一种透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤二①中的透明树脂材料为环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯或异氰酸酯的一种。
8.根据权利要求1所述的一种透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤二①中的相变储能材料为石蜡、聚乙二醇或硬脂酸的一种。
9.根据权利要求1所述的一种透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤二①中将透明树脂材料和相变储能材料混合，再在温度为70℃～90℃下反应20min～40min，得到聚合溶液；所述的透明树脂材料和相变储能材料的质量比1:(1～4)。
10.根据权利要求1所述的一种透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤二②中将聚合溶液置于冰水浴中冷却至0℃，再在搅拌速度300r/min～400r/min下搅拌反应20min～30min。
11.根据权利要求1所述的一种透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤三①中将脱木素木材从无水乙醇中取出，再浸入到混合溶液Ⅲ中，再在真空条件下浸渍20min～40min，再将脱木素木材取出，得到第一次浸渍的脱木素木材。
12.根据权利要求1所述的一种透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤三②中将第一次浸渍的脱木素木材再次浸入到混合溶液Ⅲ中，再在真空条件下浸渍20min～40min，再将脱木素木材取出在后置于两片玻璃片之间，再在温度为50℃～60℃下干燥3h～5h，得到透光性木质储能材料。
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