CN110978180A - 一种弹性木材的制备方法及制得的弹性木材及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种弹性木材的制备方法及制得的弹性木材及其应用，其中制备方法包括步骤有干燥，浸泡乙醇、真空处理、与低共熔溶剂反应、微波处理、再次与低共熔溶剂反应和超临界CO2干燥。本发明以常规木材为原料，经上述方法制得弹性木材。本发明制得的弹性木材具有较高的弹性变形能力，木材的回弹性性能较之前更加优异。
Description
技术领域
本发明涉及新型木材技术开发及改性领域，特别是涉及一种弹性木材的制备方法及其应用。
背景技术
木材作为天然的生物质材料，被广泛地用于建筑行业、室内外家具、纤维素工业等。但天然木材是一种刚性材料，很难进行弯折与压缩，脆性较大，这种特性限制了它更多的功能应用。而弹性木材具有良好的弹性、柔韧性、回弹性和冲击吸收性，这对提高木材利用率，使木材获得在家具、室内装饰、建筑等领域更高的附加值利用具有重要意义。
木材具有可再生性、质轻、环境友好等特性，被视为天然的生态环境材料，因此研究人员期望通过研究新技术来改变木材的固有特性，从而使其获得新的功能，进而拓展木材的应用领域。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种弹性木材的制备方法，该方法采用的是与低共熔溶剂加热、辅助微波处理和超临界CO2干燥的工艺，具有反应时间更短、效率更高，同时绿色环保、经济节能的优点。
本发明的另一个目的是提供了上述方法制备的弹性木材产品及其应用，制得的弹性木材具有较高的弹性变形能力，部分力学性能较之前更加优异，如木材具有良好的弹性、柔韧性、回弹性和冲击吸收性，本方法工艺较为简单，所用的低共熔溶剂绿色环保，具有可回收性和重复使用性。
本发明提供一种弹性木材的制备方法，包括以下步骤：
(1)：挑选无虫眼的木材，在100-110℃条件下干燥10-15h，备用；
(2)：将步骤(1)制备的干燥木材浸泡在乙醇溶液中，浸泡温度为40-60℃，浸泡时间为10-12h，乙醇浸泡时间内进行真空处理1-2h，浸泡结束后取出木材，用去离子水浸渍木材1-2h，取出木材备用；
(3)：制备低共熔溶剂，将步骤(2)制得的木材置于低共熔溶剂中反应，设定反应温度和反应时间，反应结束后取出木材备用；
(4)：将步骤(3)制得的木材进行微波处理，设定微波功率和微波时间，在设定条件下微波处理重复3-5次，微波处理结束后，取出木材备用；
(5)：将步骤(4)制得的木材再次置于上述低共熔溶剂中反应，反应温度为80-90℃，反应时间为1-2h；
(6)：将步骤(5)制得的木材用去离子水冲洗后，采用超临界CO2干燥，设定干燥时间、干燥温度和干燥压力，干燥结束后得到弹性木材。
作为优选，步骤(1)中所述木材为杨木、杉木或者椴木中任意一种，所述木材密度为0.3～0.6g/cm3。
作为优选，步骤(3)中所述低共熔溶剂的制备方法为由一定摩尔比的氢键供体(HBD)和氢键受体(HBA)混合，在设定温度下搅拌制得低共熔溶剂。
作为优选，所述氢键供体(HBD)和氢键受体(HBA)的摩尔比为10:1-1:3，所述设定温度为50-100℃。
作为优选，所述的氢键受体(HBA)为氯化胆碱、组氨酸和脯氨酸中任意一种，所述氢键供体(HBD)为乳酸、苹果酸和草酸中任意一种。
作为优选，步骤(3)中所述反应温度为90-120℃，所述反应时间为8-12h。
作为优选，步骤(4)中所述微波功率为600-900W，微波时间为10-20s。
作为优选，步骤(6)中所述干燥时间为18-24h，干燥温度为60-80℃，干燥压力为7.38-8.5MPa。
本发明还提供前述的一种弹性木材制备方法所制备的弹性木材。
本发明还提供前述的一种弹性木材在制备家具和建筑行业中的应用。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1.利用常规木材，制得的弹性木材具有较高的弹性变形能力，木材的部回弹性能较之前更加优异。
2.本方法工艺较为简单，所用的低共熔溶剂绿色环保，具有可回收性和重复使用性。
上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1为本发明的制备工艺流程图。
具体实施方式
为了理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明以木材为原料，经过干燥、浸泡乙醇并真空处理、与低共熔溶剂反应、微波处理、再次与共熔溶剂反应和超临界CO2干燥等步骤，制备弹性木材。
具体实施例如下所示。
实施例1
本发明提供一种弹性木材的制备方法，包括以下步骤：
(1)：挑选无虫眼的杨木，密度0.37g/cm3，在102℃条件下干燥14h，备用；
(2)：将步骤(1)制备的干燥木材浸泡在乙醇溶液中，浸泡温度为45℃，浸泡时间为10h，乙醇浸泡时间内进行真空处理1h，浸泡结束后取出木材，用去离子水浸渍木材2h，取出木材备用；
(3)：制备低共熔溶剂，选用乳酸和氯化胆碱以HBD和HBA摩尔比为10：1进行混合，在温度为60℃的条件下搅拌均匀，制得低共熔溶剂，将步骤(2)制得的木材置于低共熔溶剂中反应，反应温度为90℃，反应时间为12h，反应结束后取出木材备用；
(4)：将步骤(3)制得的木材进行微波处理，微波功率为600W，微波时间为20s，微波处理重复三次，微波处理结束后，取出木材备用；
(5)：将步骤(4)制得的木材再次置于上述低共熔溶剂中反应，反应温度为80℃，反应时间为2h；
(6)：将步骤(5)制得的木材用去离子水冲洗后，采用超临界CO2干燥20h，干燥温度为60℃、干燥压力为7.38MPa，干燥结束后得到弹性木材。
经测试，本实施例制得的弹性木材，经多次压缩后，压缩率为70％，回弹率为94％。
实施例2
本发明提供一种弹性木材的制备方法，包括以下步骤：
(1)：挑选无虫眼的杉木，密度0.45g/cm3，在110℃条件下干燥10h，备用；
(2)：将步骤(1)制备的干燥木材浸泡在乙醇溶液中，浸泡温度为50℃，浸泡时间为12h，乙醇浸泡时间内进行真空处理1.5h，浸泡结束后取出木材，用去离子水浸渍木材1h，取出木材备用；
(3)：制备低共熔溶剂，选用乳酸和组氨酸以HBD和HBA摩尔比为9：1进行混合，在温度为50℃的条件下搅拌均匀，制得低共熔溶剂，将步骤(2)制得的木材置于低共熔溶剂中反应，反应温度为90℃，反应时间为11h，反应结束后取出木材备用；
(4)：将步骤(3)制得的木材进行微波处理，微波功率为700W，微波时间为20s，微波处理重复四次，微波处理结束后，取出木材备用；
(5)：将步骤(4)制得的木材再次置于上述低共熔溶剂中反应，反应温度为85℃，反应时间为2h；
(6)：将步骤(5)制得的木材用去离子水冲洗后，采用超临界CO2干燥18h，干燥温度为70℃、干燥压力为7.45MPa，干燥结束后得到弹性木材。
经测试，本实施例制得的弹性木材，经多次压缩后，压缩率为47％，回弹率为70％。
实施例3
本发明提供一种弹性木材的制备方法，包括以下步骤：
(1)：挑选无虫眼的椴木，密度0.52g/cm3，在108℃条件下干燥12h，备用；
(2)：将步骤(1)制备的干燥木材浸泡在乙醇溶液中，浸泡温度为60℃，浸泡时间为10h，乙醇浸泡时间内进行真空处理1h，浸泡结束后取出木材，用去离子水浸渍木材2h，取出木材备用；
(3)：制备低共熔溶剂，选用苹果酸和氯化胆碱以HBD和HBA摩尔比为1：1进行混合，在温度为90℃的条件下搅拌均匀，制得低共熔溶剂，将步骤(2)制得的木材置于低共熔溶剂中反应，反应温度为105℃，反应时间为11h，反应结束后取出木材备用；
(4)：将步骤(3)制得的木材进行微波处理，微波功率为800W，微波时间为10s，微波处理重复三次，微波处理结束后，取出木材备用；
(5)：将步骤(4)制得的木材再次置于上述低共熔溶剂中反应，反应温度为90℃，反应时间为1h；
(6)：将步骤(5)制得的木材用去离子水冲洗后，采用超临界CO2干燥24h，干燥温度为65℃、干燥压力为7.85MPa，干燥结束后得到弹性木材。
经测试，本实施例制得的弹性木材，经多次压缩后，压缩率为58％，回弹率为72％。
实施例4
本发明提供一种弹性木材的制备方法，包括以下步骤：
(1)：挑选无虫眼的杨木，密度0.37g/cm3，在105℃条件下干燥13h，备用；
(2)：将步骤(1)制备的干燥木材浸泡在乙醇溶液中，浸泡温度为55℃，浸泡时间为10h，乙醇浸泡时间内进行真空处理2h，浸泡结束后取出木材，用去离子水浸渍木材1h，取出木材备用；
(3)：制备低共熔溶剂，选用苹果酸和脯氨酸以HBD和HBA摩尔比为1：3进行混合，在温度为100℃的条件下搅拌均匀，制得低共熔溶剂，将步骤(2)制得的木材置于低共熔溶剂中反应，反应温度为110℃，反应时间为10h，反应结束后取出木材备用；
(4)：将步骤(3)制得的木材进行微波处理，微波功率为800W，微波时间为20s，微波处理重复三次，微波处理结束后，取出木材备用；
(5)：将步骤(4)制得的木材再次置于上述低共熔溶剂中反应，反应温度为90℃，反应时间为2h；
(6)：将步骤(5)制得的木材用去离子水冲洗后，采用超临界CO2干燥22h，干燥温度为75℃、干燥压力为8.25MPa，干燥结束后得到弹性木材。
经测试，本实施例制得的弹性木材，经多次压缩后，压缩率为40％，回弹率为60％。
实施例5
本发明提供一种弹性木材的制备方法，包括以下步骤：
(1)：挑选无虫眼的杉木，密度0.45g/cm3，在100℃条件下干燥15h，备用；
(2)：将步骤(1)制备的干燥木材浸泡在乙醇溶液中，浸泡温度为40℃，浸泡时间为12h，乙醇浸泡时间内进行真空处理2h，浸泡结束后取出木材，用去离子水浸渍木材1.5h，取出木材备用；
(3)：制备低共熔溶剂，选用草酸和氯化胆碱以HBD和HBA摩尔比为1：1进行混合，在温度为60℃的条件下搅拌均匀，制得低共熔溶剂，将步骤(2)制得的木材置于低共熔溶剂中反应，反应温度为120℃，反应时间为8h，反应结束后取出木材备用；
(4)：将步骤(3)制得的木材进行微波处理，微波功率为900W，微波时间为10s，微波处理重复五次，微波处理结束后，取出木材备用；
(5)：将步骤(4)制得的木材再次置于上述低共熔溶剂中反应，反应温度为85℃，反应时间为1.5h；
(6)：将步骤(5)制得的木材用去离子水冲洗后，采用超临界CO2干燥16h，干燥温度为80℃、干燥压力为8.5MPa，干燥结束后得到弹性木材。
经测试，本实施例制得的弹性木材，经多次压缩后，压缩率为65％，回弹率为88％。
不同低共熔溶剂木材压缩率和回弹率的影响各不相同，结果如表1所示的不同实施例对压缩率和回弹率的影响。
表1
本发明中对木材进行常规干燥处理，将干燥后的木材浸泡在无水乙醇中，再对木材进行真空处理，之后用去离子水冲洗；随后将木材样品置于低共熔溶剂中反应，接着对木材进行微波辅助工艺处理，要求微波处理时木材为湿热状态；再次将木材样品置于低共熔溶剂中反应；最后将所得木材用去离子水冲洗，然后经过超临界CO2干燥，得到弹性木材。
低共熔溶剂是指由一定摩尔比的氢键受体(HBA)和氢键供体(HBD)(如乳酸和氯化胆碱、乳酸和组氨酸、苹果酸和氯化胆碱、苹果酸和脯氨酸、草酸和氯化胆碱等)组合而成的低共熔混合物。低共熔溶剂具有选择性裂解醚键而不影响木质素中C—C键的能力，对木材进行微波辅助低共熔溶剂热处理工艺，可以使低共熔溶剂中的极性分子与微波辅助相互作用，使得木材韧性纤维从腔小壁厚变成腔大壁薄的状态，甚至打破木材的薄壁细胞结构，使其变成波形层状结构，从而获得较大弹性变形能力。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种弹性木材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)：挑选无虫眼的木材，在100-110℃条件下干燥10-15h，备用；
(2)：将步骤(1)干燥备用的木材浸泡在乙醇溶液中，浸泡温度为40-60℃，浸泡时间为10-12h，乙醇浸泡时间内进行真空处理1-2h，浸泡结束后取出木材，用去离子水浸渍木材1-2h，取出木材备用；
(3)：制备低共熔溶剂，并将步骤(2)制得的木材置于低共熔溶剂中反应，设定反应温度和反应时间，反应结束后取出木材备用；
(4)：将步骤(3)制得的木材进行微波处理，设定微波功率和微波时间，在设定条件下微波处理重复3-5次，微波处理结束后，取出木材备用；
(5)：将步骤(4)制得的木材再次置于上述低共熔溶剂中反应，反应温度为80-90℃，反应时间为1-2h；
(6)：将步骤(5)制得的木材用去离子水冲洗后，采用超临界CO2干燥，设定干燥时间、干燥温度和干燥压力，干燥结束后得到弹性木材。
2.根据权利要求1所述的一种弹性木材的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述木材为杨木、杉木和椴木中任意一种，所述木材密度为0.3～0.6g/cm3。
3.根据权利要求1所述的一种弹性木材的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述低共熔溶剂的制备方法为由设定摩尔比的氢键供体和氢键受体混合，在设定温度下搅拌制得低共熔溶剂。
4.根据权利要求3所述的一种弹性木材的制备方法，其特征在于：所述氢键供体和氢键受体的摩尔比为10:1-1:3，所述设定温度为50-100℃。
5.根据权利要求3所述的一种弹性木材的制备方法，其特征在于：所述的氢键受体为氯化胆碱、组氨酸和脯氨酸中任意一种，所述氢键供体为乳酸、苹果酸和草酸中任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种弹性木材的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述反应温度为90-120℃，所述反应时间为8-12h。
7.根据权利要求1所述的一种弹性木材的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述微波功率为600-900W，微波时间为10-20s。
8.根据权利要求1所述的一种弹性木材的制备方法，其特征在于：步骤(6)中所述干燥时间为18-24h，干燥温度为60-80℃，干燥压力为7.38-8.5MPa。
9.一种如权利要求1所述的制备方法所制备的弹性木材。
10.一种如权利要求9所述的弹性木材在制备家具和建筑行业中的应用。
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Legal Events
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Application publication date: 20200410 Assignee: GUANGDONG HOME YOUNG TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: NANJING FORESTRY University Contract record no.: X2021980009166 Denomination of invention: The invention relates to a preparation method of elastic wood, the prepared elastic wood and its application Granted publication date: 20210625 License type: Common License Record date: 20210909 |
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Application publication date: 20200410 Assignee: DEHUA TB NEW DECORATION MATERIAL Co.,Ltd. Assignor: NANJING FORESTRY University Contract record no.: X2021980012711 Denomination of invention: The invention relates to a preparation method of elastic wood, the prepared elastic wood and its application Granted publication date: 20210625 License type: Common License Record date: 20211117 |