CN111319108A - 一种磁性透光性木质储能材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁性透光性木质储能材料的制备方法。该方法具体步骤如下：一、制得脱木素木模板。二、配制具有磁性和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两次真空浸渍，得到磁性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)处理后木材的纹理及结构保存较完好，视觉上更加美观；3)处理后的木材有较高的透光率和雾度；4)本方法制得的材料具有较好的储能功能；5)本方法制得的材料磁性性能良好，并且均匀性良好；6)本方法制得的材料显示出良好的物理化学性能，具有较广的应用范围。本发明的目的是要解决现有透光性木质材料没有同时具有磁性和储能的问题。

Description

一种磁性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磁性透光性木质储能材料的制备方法。
背景技术
随着能源危机的加剧和环境问题的日益突出，木材的复合化成为材料学研究的热点。近年来，透光性木材作为新型生物质材料引起了国内外广泛的关注。透光性木材是将折射率匹配的高分子材料注入脱木素木材或木质素保留的木材中，从而提高了木材的力学性能，并赋予它光学性能。然而将透光性木材进行功能化改性，赋予透光性木材新的功能，是进一步提高木材附加值的有效途径。
磁性透光性木质储能材料是向脱木素木模板中添加磁性材料、储能材料及高分子树脂材料，使木材成为一种结合储能功能和磁功能的多功能复合材料。具有磁性的透光性木质储能材料除了具有磁性特性外，还有电磁波吸收、储存及释放能量等特性，可以有效节约能源。磁性透光性木质材料在透光性建筑、电磁屏蔽、电子设备等领域具有广阔的应用前景。
专利106243391A公开了一种透明木材的制备方法，提出了一种工艺简单且环保的脱木素工艺及聚合物的注入的方式，制备了高光学透过率、优异力学性能的透明木材。专利CN101181791A公开了一种磁性木材的制备方法，通过原位化学合成工艺在木材孔隙中生成磁性铁氧体。专利CN109333714A公开了一种超疏水磁性木材的制备方法，通过负载磁性层和超疏水层，使木材同时具备超疏水性和磁性。专利CN107511900A公开了一种以脱木素木材为原料的热敏变色相变储能木材的制备方法，使木材可以热敏变色及储能。专利CN107379182A公开了一种透明温感变色木材的制备方法，制备而得的木材具有较高的透明度和变色功能，还具有较好的力学强度。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和隔热的节能建筑材料，能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，得到具有荧光性能和磁性的透明木材。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。而且功能改性木材结合储能和磁性的研究极少，本发明的创新之处在于将铁盐材料、储能材料与树脂材料进行熔融共混，浸渍于脱木素木模板后制备得到磁性透光性木质储能材料。此种透光性木质储能材料能够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；还具有一定的磁性，能够被磁条所吸引，而且磁性分布均匀。此制备方法操作简单，不需要大量多种试剂，绿色环保。透光率高达80％，可以最大限度利用太阳能能源，减少能源消耗。本发明制得的木质材料可以在节能建筑、电磁屏蔽、电子设备等领域广泛应用。
本发明提出了一种磁性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和磁性的问题，其方法关键在于将铁盐材料、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磁性和储能功能。该发明制得的透光性木质材料透光率高，力学性能好，储能性能好，具有一定磁性，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磁性和储能功能的问题，而提供一种磁性透光性木质储能材料的制备方法。
一种磁性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、木材脱木素处理：
①、将薄木样品在100℃～110℃下干燥24h；
步骤一①中所述的薄木样品厚度为1mm～2mm；
②、将氢氧化钠和亚硫酸钠溶解到去离子水中，得到混合溶液Ⅰ；
步骤一②中所述的混合溶液中氢氧化钠的浓度为1.5mol/L～3mol/L；
步骤一②中所述的混合溶液中亚硫酸钠的浓度为0.2mol/L～0.5mol/L；
③、将干燥后的木材浸入到混合溶液Ⅰ中，再将混合溶液Ⅰ加热至80℃～90℃，再在温度为80℃～90℃下加热3h～9h，得到初步处理的木基质，用去离子水对初步处理的木基质进行润洗；
④、将质量分数为30％的过氧化氢溶液稀释到去离子水中，配置溶液Ⅱ；
步骤一④中所述的溶液中过氧化氢的浓度为2mol/L～4mol/L；
⑤、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℃～90℃，再在温度为80℃～90℃下反应2h～3h，得到漂白木材，用去离子水对漂白木材进行润洗，再浸入到无水乙醇中保存；
二、制备具有磁性和储能的树脂复合材料：
①、将树脂与固化剂混合，再在温度为30℃～60℃的条件下，预固化1min～30min，得到预固化的透明树脂；
步骤二①中所述的树脂为环氧树脂或甲基丙烯酸甲酯；
步骤二①中所述的固化剂为脂环族固化剂或偶氮二异丁腈；
步骤二①中所述的树脂与固化剂的质量比为100:(5～10)；
②、将预固化的透明树脂和相变储能材料混合，再在温度为30℃～60℃下磁力搅拌20min～40min，得到聚合溶液；
步骤二②中所述的相变储能材料为石蜡、脂肪醇或聚乙二醇；
步骤二②中所述的透明树脂和相变储能材料的质量比为1:(1～4)；
③、将含有Fe3+的盐、含有Fe2+的盐与水混合，得到含有Fe3+和Fe2+的铁盐溶液，将铁盐溶液加入聚合溶液中，再在温度为30℃～60℃下磁力搅拌20min～30min，得到混合溶液Ⅲ；
步骤二③中所述的含有Fe3+和Fe2+的铁盐溶液中含有Fe3+的盐浓度为0.01mol/L～2mol/L；
步骤二③中所述的含有Fe3+和Fe2+的铁盐溶液中含有Fe2+的盐浓度为0.01mol/L～2mol/L；
步骤二③中所述的聚合溶液和铁盐溶液的质量比为1000:(5～20)；
三、制备磁性透光性木质储能材料：
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40℃～100℃下干燥6h～12h，得到磁性透光性木质储能材料。
本发明的原理：
本发明用强氧化溶液、过氧化氢溶液对原木进行脱木素处理，制得脱木素木模板；再用铁盐溶液、相变储能材料、树脂材料配置具有磁性和储能功能的树脂复合材料，并且用制得的树脂复合材料对脱木素木模板进行两次真空浸渍，充分填充于木材的细胞腔和细胞壁之中，制备出磁性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和雾度，保留木材大部分优良的理化性质，并且力学性能比之前更优异，
二、本发明产品具有较好的储能性能，有望实现冬暖夏凉，节约能耗；
三、本发明工艺简单环保，所制得的材料质量轻，可应用于透光建筑物、电磁屏蔽、电子设备等领域；
四、本发明产品具有透光性、储能性能和磁性，透光率高达80％，储能物质在树脂复合材料中占比可达80％，能够被条形磁铁吸引。
本发明可获得一种磁性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：本实施方式是一种磁性透光性木质储能材料的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、木材脱木素处理：
①、将薄木样品在100℃～110℃下干燥24h；
步骤一①中所述的薄木样品厚度为1mm～2mm；
②、将氢氧化钠和亚硫酸钠溶解到去离子水中，得到混合溶液Ⅰ；
步骤一②中所述的混合溶液中氢氧化钠的浓度为1.5mol/L～3mol/L；
步骤一②中所述的混合溶液中亚硫酸钠的浓度为0.2mol/L～0.5mol/L；
③、将干燥后的木材浸入到混合溶液Ⅰ中，再将混合溶液Ⅰ加热至80℃～90℃，再在温度为80℃～90℃下加热3h～9h，得到初步处理的木基质，用去离子水对初步处理的木基质进行润洗；
④、将质量分数为30％的过氧化氢溶液稀释到去离子水中，配置溶液Ⅱ；
步骤一④中所述的溶液中过氧化氢的浓度为2mol/L～4mol/L；
⑤、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℃～90℃，再在温度为80℃～90℃下反应2h～3h，得到漂白木材，用去离子水对漂白木材进行润洗，再浸入到无水乙醇中保存；
二、制备具有磁性和储能的树脂复合材料：
①、将环氧树脂与脂环族固化剂混合，再在温度为30℃～60℃的条件下，预固化1min～30min，得到预固化的透明环氧树脂；
步骤二①中所述的环氧树脂与脂环族固化剂的质量比为100:5；
②、将预固化的透明环氧树脂和聚乙二醇800混合，再在温度为30℃～60℃下磁力搅拌20min～40min，得到聚合溶液；
步骤二②中所述的透明环氧树脂和聚乙二醇800的质量比为1:1；
③、将硫酸铁、硫酸亚铁与水混合，得到含有Fe3+和Fe2+的铁盐溶液，将铁盐溶液加入聚合溶液中，再在温度为30℃～60℃下磁力搅拌20min～30min，得到混合溶液Ⅲ；
步骤二③中所述的含有Fe3+和Fe2+的铁盐溶液中硫酸铁浓度为0.01mol/L～2mol/L；
步骤二③中所述的含有Fe3+和Fe2+的铁盐溶液中硫酸亚铁浓度为0.01mol/L～2mol/L；
步骤二③中所述的聚合溶液和铁盐溶液的质量比为1000:5；
三、制备磁性透光性木质储能材料：
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40℃～100℃下干燥6h～12h，得到磁性透光性木质储能材料。
本实施方式的优点是：
一、本发明产品具有高透光率和雾度，保留木材大部分优良的理化性质，并且力学性能比之前更优异，
二、本发明产品具有较好的储能性能，有望实现冬暖夏凉，节约能耗；
三、本发明工艺简单环保，所制得的材料质量轻，可应用于透光建筑物、电磁屏蔽、电子设备等领域；
四、本发明产品具有透光性、储能性能和磁性，透光率高达80％，储能物质在树脂复合材料中占比可达80％，能够被条形磁铁吸引。
本实施方式可获得一种磁性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：步骤二①中的质量比为100：10，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：步骤二①中的树脂材料为甲基丙烯酸甲酯，固化剂为偶氮二异丁腈，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1：2，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。
具体实施方式六：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。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二②中的相变储能材料为石蜡，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二②中的相变储能材料为脂肪醇，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二③中的含有Fe3+的盐为硝酸铁，含有Fe2+的盐为硝酸亚铁，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二③中的含有Fe3+的盐为氯化铁，含有Fe2+的盐为氯化亚铁，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二③中的质量比为1000：10，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二③中的质量比为1000：15，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二③中的质量比为1000：20，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：
实施例一：一种磁性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、木材脱木素处理：
①、将薄木样品在103℃下干燥24h；
步骤一①中所述的薄木样品厚度为1mm；
②、将氢氧化钠和亚硫酸钠溶解到去离子水中，得到混合溶液Ⅰ；
步骤一②中所述的混合溶液中氢氧化钠的浓度为2.5mol/L；
步骤一②中所述的混合溶液中亚硫酸钠的浓度为0.4mol/L；
③、将干燥后的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，用去离子水对初步处理的木基质进行润洗；
④、将质量分数为30％的过氧化氢溶液稀释到去离子水中，配置溶液Ⅱ；
步骤一④中所述的溶液中过氧化氢的浓度为2.5mol/L；
⑤、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，得到漂白木材，用去离子水对漂白木材进行润洗，再浸入到无水乙醇中保存；
二、制备具有磁性和储能的树脂复合材料：
①、将环氧树脂与脂环族固化剂混合，再在温度为60℃的条件下，预固化30min，得到预固化的透明环氧树脂；
步骤二①中所述的环氧树脂与脂环族固化剂的质量比为100:5；
②、将预固化的透明环氧树脂和聚乙二醇800混合，再在温度为60℃下磁力搅拌40min，得到聚合溶液；
步骤二②中所述的透明环氧树脂和聚乙二醇800的质量比为1:2；
③、将硫酸铁、硫酸亚铁与水混合，得到含有Fe3+和Fe2+的铁盐溶液，将铁盐溶液加入聚合溶液中，再在温度为60℃下磁力搅拌30min，得到混合溶液Ⅲ；
步骤二③中所述的含有Fe3+和Fe2+的铁盐溶液中硫酸铁浓度为1mol/L；
步骤二③中所述的含有Fe3+和Fe2+的铁盐溶液中硫酸亚铁浓度为1mol/L；
步骤二③中所述的聚合溶液和铁盐溶液的质量比为1000:15；
三、制备磁性透光性木质储能材料：
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70℃下干燥12h，得到磁性透光性木质储能材料。

Claims (16)

1.一种磁性透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于一种磁性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、木材脱木素处理：
①、将薄木样品在100℃～110℃下干燥24h；
步骤一①中所述的薄木样品厚度为1mm～2mm；
②、将氢氧化钠和亚硫酸钠溶解到去离子水中，得到混合溶液Ⅰ；
步骤一②中所述的混合溶液中氢氧化钠的浓度为1.5mol/L～3mol/L；
步骤一②中所述的混合溶液中亚硫酸钠的浓度为0.2mol/L～0.5mol/L；
③、将干燥后的木材浸入到混合溶液Ⅰ中，再将混合溶液Ⅰ加热至80℃～90℃，再在温度为80℃～90℃下加热3h～9h，得到初步处理的木基质，用去离子水对初步处理的木基质进行润洗；
④、将质量分数为30％的过氧化氢溶液稀释到去离子水中，配置溶液Ⅱ；
步骤一④中所述的溶液中过氧化氢的浓度为2mol/L～4mol/L；
⑤、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℃～90℃，再在温度为80℃～90℃下反应2h～3h，得到漂白木材，用去离子水对漂白木材进行润洗，再浸入到无水乙醇中保存；
二、制备具有磁性和储能的树脂复合材料：
①、将树脂与固化剂混合，再在温度为30℃～60℃的条件下，预固化1min～30min，得到预固化的透明树脂；
步骤二①中所述的树脂为环氧树脂或甲基丙烯酸甲酯；
步骤二①中所述的固化剂为脂环族固化剂或偶氮二异丁腈；
步骤二①中所述的树脂与固化剂的质量比为100:(5～10)；
②、将预固化的透明树脂和相变储能材料混合，再在温度为30℃～60℃下磁力搅拌20min～40min，得到聚合溶液；
步骤二②中所述的相变储能材料为石蜡、脂肪醇或聚乙二醇；
步骤二②中所述的透明树脂和相变储能材料的质量比为1:(1～4)；
③、将含有Fe3+的盐、含有Fe2+的盐与水混合，得到含有Fe3+和Fe2+的铁盐溶液，将铁盐溶液加入聚合溶液中，再在温度为30℃～60℃下磁力搅拌20min～30min，得到混合溶液Ⅲ；
步骤二③中所述的含有Fe3+和Fe2+的铁盐溶液中含有Fe3+的盐浓度为0.01mol/L～2mol/L；
步骤二③中所述的含有Fe3+和Fe2+的铁盐溶液中含有Fe2+的盐浓度为0.01mol/L～2mol/L；
步骤二③中所述的聚合溶液和铁盐溶液的质量比为1000:(5～20)；
三、制备磁性透光性木质储能材料：
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40℃～100℃下干燥6h～12h，得到磁性透光性木质储能材料。
2.根据权利要求1所述的一种磁性透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤一①中所述的木材为质地较软的木材，木材厚度为1mm～2mm，在100℃～110℃下干燥24h。
3.根据权利要求1所述的一种磁性透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤一②中所述的混合溶液中氢氧化钠的浓度为1.5mol/L～3mol/L；所述的混合溶液中亚硫酸钠的浓度为0.2mol/L～0.5mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种磁性透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤一③中木材浸入到混合溶液Ⅰ中，再将混合溶液Ⅰ加热至80℃～90℃，再在温度为80℃～90℃下加热3h～9h，得到初步处理的木基质，用去离子水对初步处理的木基质进行润洗。
5.根据权利要求1所述的一种磁性透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤一④中所述的溶液Ⅱ中的过氧化氢浓度为2mol/L～4mol/L。
6.根据权利要求1所述的一种磁性透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤一⑤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℃～90℃，再在温度为80℃～90℃下反应2h～3h，得到漂白木材，用去离子水对漂白木材进行润洗，再浸入到无水乙醇中保存。
7.根据权利要求1所述的一种磁性透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤二①中所述的透明树脂为环氧树脂或甲基丙烯酸甲酯的一种。
8.根据权利要求1所述的一种磁性透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤二①中所述的固化剂为脂环族固化剂或偶氮二异丁腈的一种。
9.根据权利要求1所述的一种磁性透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤二①中将树脂与固化剂混合，再在温度为30℃～60℃的条件下，预固化1min～30min，得到预固化的透明树脂；所述的树脂与固化剂的质量比100:(5～10)。
10.根据权利要求1所述的一种磁性透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤二②中所述的相变储能材料为石蜡、脂肪醇或聚乙二醇的一种。
11.根据权利要求1所述的一种磁性透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤二②中将预固化的透明树脂和相变储能材料混合，再在温度为30℃～60℃下磁力搅拌20min～40min，得到聚合溶液；所述的透明树脂和相变储能材料的质量比1:(1～4)。
12.根据权利要求1所述的一种磁性透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤二③中所述的含有Fe3+和Fe2+的铁盐溶液中含有Fe3+的盐浓度为0.01mol/L～2mol/L。
13.根据权利要求1所述的一种磁性透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤二③中所述的含有Fe3+和Fe2+的铁盐溶液中含有Fe2+的盐浓度为0.01mol/L～2mol/L。
14.根据权利要求1所述的一种磁性透光性木质储能材料的制备方法，其特征在于步骤二③中将铁盐溶液加入聚合溶液，再在温度为30℃～60℃下磁力搅拌20min～30min，得到混合溶液Ⅲ；所述的聚合溶液和铁盐溶液的质量比1000:(5～20)。
15.根据权利要求1所述的一种磁性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。
16.根据权利要求1所述的一种磁性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40℃～100℃下干燥6h～12h，得到磁性透光性木质储能材料。
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