CN113664938A - 一种大幅面的透明木材或竹材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大幅面的透明木材或竹材及其制备方法，属于复合材料技术领域。本发明通过限定木质素改性处理的方法，去除木质素中的生色基团而不破坏木质素的主体结构，能制备得到大幅面的透明木材或竹材，且保证透明木材具有优异的力学性能；本发明将树脂浸渍于纯化的白色单板中，利用树脂的固化，进一步提高透明木材的力学性能。实施例结果表明，本发明制备的透明木材具有高于85％以上的光学透光率；透明木材的力学性能接近于原始木片力学性能，其力学性能远远优于传统方法中完全脱出木质素的白色木板，避免传统方法脱除木质素以后，木材单板结构松散，容易裂开，无法制备大幅面的透明木材或竹材的缺陷。

Description

一种大幅面的透明木材或竹材及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种大幅面的透明木材或竹材及其制备方法。
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。透明木材是一种新型的木基复合材料，具有高的透光性，未来可在建筑玻璃、柔性器件、太阳能电池等多个领域具有较高应用价值。当前制备透明木材主要是通过将木材中的木质素脱除掉，剩下含有纤维素和部分半纤维素的木材框架，然后将环氧树脂等高分子材料渗透入木材框架中，固化之后得到透明木材。
中国专利CN 106243391 A采用双氧水和氨水将木材木质素全部脱除掉；专利CN109702839 A采用酸性亚氯酸钠溶液将整个木材中的木质素全部脱除掉来获得白色木单板；专利CN 110328727 A采用乙醇有机溶剂将整个木材中的木质素全部脱除掉来获得透明木单板；专利CN 110091396 A和专利CN 111702902 A也是一样，全部采用脱除木质素方法。然而，这些方法虽然可以制备得到透明木材，但是脱除木材中的木质素之后，结构变得非常松散，很难成型，即脱出木材中的木质素之后，木材变得很脆、非常容易断裂，在制备小块透明木材时尚可进行，但是制备大幅面透明木材时，非常容易导致脱出木质素的木材断裂成小片，而无法形成大幅面材料。
众所周知，木材具有各种各样的颜色是因为木质素中的发色基团，如果仅仅处理掉木质素的发色基团而不脱除木质素，就可以保证木材变白又能保持其具备较好的力学性能，不发生断裂。中国专利CN 109968482 A虽然提到获得去除发色基团木材，但是从其说明书中明显看到，该专利所谓的去除发色基团，实际上就是去除含发色基团的木素、果胶、单宁等物质；CN 110181629 A虽然也提到获得去除发色基团，同理，从其说明书依然明确写出是获得了脱除木质素、单宁等物质的木单板。这两个专利虽然都提到去除发色基团，但是他们的去除发色基团后得到的透明木材的透光性和力学性能仍然有待提高。因此，亟需开发出一种既能得到大幅面、透明木材，又能提高其力学性能的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大幅面的透明木材或竹材及其制备方法，本发明提供的制备方法能够得到大幅面、且力学性能优异的透明木材。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种大幅面的透明木材或竹材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将原始木板或原始竹板置于湿胀液中进行浸泡，得到湿胀木板或湿胀竹板；
(2)将所述步骤(1)得到的湿胀木板或湿胀竹板进行木质素改性，得到白色单板；所述白色单板中木质素的质量大于等于原始木板或原始竹板中木质素质量的50％；
所述木质素改性包括：将所述湿胀木板或湿胀竹板浸泡于木质素改性剂溶液中，进行改性处理；所述木质素改性剂溶液包括双氧水和碱性溶液的混合物或双氧水；
(3)将所述步骤(2)得到的白色单板放入溶剂中，对白色单板中的木质素改性剂溶液进行溶剂置换，得到纯化白色单板；
(4)将树脂浸渍于所述步骤(3)得到的纯化白色单板中，进行固化，得到大幅面的透明木材或竹材。
优选地，所述步骤(1)中的原始木板来源于针叶材或阔叶，所述原始竹板来源于毛竹、绿竹或慈竹。
优选地，所述步骤(1)中的湿胀液包括亚氯酸钠、次氯酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钠和亚硫酸钠中任意一种的水溶液。
优选地，所述步骤(1)中的湿胀液中溶质的质量分数小于20％。
优选地，所述步骤(1)中的浸泡的温度为15～100℃，浸泡的时间为1min～120min。
优选地，所述步骤(2)中的碱性溶液为氨水、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氢氧化钙溶液。
优选地，所述步骤(2)中的碱性溶液的质量浓度为10～30％。
优选地，所述步骤(2)中的双氧水的质量浓度为20～40％。
优选地，所述步骤(2)中的双氧水与碱性溶液的质量比为10:(0.1～3)。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的大幅面的透明木材或竹材，所述透明木材的透光率≥85％，雾度≤82％。
本发明提供了一种大幅面的透明木材或竹材的制备方法，包括以下步骤：将原始木板或原始竹板置于湿胀液中进行浸泡，得到湿胀木板或湿胀竹板；将所湿胀木板或湿胀竹板进行木质素改性，得到白色单板；所述白色单板中木质素质量大于等于原始木板或原始竹板中木质素质量的50％；所述木质素改性包括：将所述湿胀木板或湿胀竹板浸泡于木质素改性剂溶液中，进行改性；所述木质素改性剂溶液包括双氧水和碱性溶液混合物或双氧水；将白色单板放入溶剂中，对白色单板中的木质素改性剂溶液进行溶剂置换，得到纯化白色单板；将树脂浸渍于纯化白色单板中，进行固化，得到大幅面的透明木材或竹材。本发明先获得湿胀木板或湿胀竹板，有利于后续木质素改性的充分进行；通过限定木质素改性处理的方法，去除木质素中的生色基团(如醌基、共轭双键等官能团)，而不破坏木质素的主体结构，能制备得到大幅面的透明木材或竹材，且保证透明木材具有优异的力学性能；通过对纯化的白色单板进行树脂浸渍，利用树脂的固化，进一步提高透明木材的力学性能。
实施例结果表明，本发明制备的透明木材具有高于85％以上的光学透光率；透明木材的力学性能接近于原始木片力学性能，其力学性能远远优于传统方法中完全脱出木质素的白色木板，避免传统方法脱除木质素以后，木材单板结构松散，容易裂开，而无法制备大幅面的透明木材或竹材的缺陷。
附图说明
图1为本发明实施例1使用的原始木板的照片；
图2为本发明实施例1经木质素改性得到的白色单板的照片；
图3为本发明实施例1中的原始木材，实施例1和对比例1中的白色单板的透光率曲线；
图4为本发明实施例1制备的透明木材的透光效果照片。
具体实施方式
本发明提供了一种大幅面的透明木材或竹材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将原始木板或原始竹板置于湿胀液中进行浸泡，得到湿胀木板或湿胀竹板；
(2)将所述步骤(1)得到的湿胀木板或湿胀竹板进行木质素改性，得到白色单板；所述白色单板中木质素的质量大于等于原始木板或原始竹板中木质素质量的50％；
所述木质素改性包括：将所述湿胀木板或湿胀竹板浸泡于木质素改性剂溶液中，进行改性处理；所述木质素改性剂溶液包括双氧水和碱性溶液的混合物或双氧水；
(3)将所述步骤(2)得到的白色单板放入溶剂中，对白色单板中的木质素改性剂溶液进行溶剂置换，得到纯化白色单板；
(4)用树脂对所述步骤(3)得到的纯化白色单板进行浸渍后固化，得到大幅面的透明木材或竹材。
本发明将原始木板或原始竹板置于湿胀液中进行浸泡，得到湿胀木板或湿胀竹板。
在本发明中，所述原始木板或原始竹板的厚度优选为小于或等于10mm，更优选为小于或等于8mm。在本发明中，所述原始木板或原始竹板的厚度为上述范围时，更有利于后续木质素改性充分进行，进而更有利于得到透明度和力学性能高的白色单板。
在本发明中，所述原始木板优选来源于针叶材或阔叶，所述原始竹板优选来源于毛竹、绿竹或慈竹。本发明对由所述针叶材、阔叶、毛竹、绿竹或慈竹形成原始木板或原始竹板的方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的操作方法，能够将上述木材形成厚度为小于等于10mm的原始木板或原始竹板即可。在本发明中，形成原始木板或原始竹板的方法优选为从木材或竹材的横切面、径切面或弦切面切出厚度小于10mm的原始木板或原始竹板。
在本发明中，所述湿胀液优选包括亚氯酸钠、次氯酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钠和亚硫酸钠中任意一种的水溶液；所述湿胀液的溶质的质量分数优选为小于20％，更优选为小于10％。在本发明中，所述湿胀液能够水分充分渗入木材细胞壁中，促进原始木板或原始竹板中的木质素湿胀，更有利于后续木质素改性的充分进行。
在本发明中，所述浸泡的温度优选为15～100℃，更优选为50～100℃；所述浸泡的时间优选为1min～120min，更优选为60min～120min。在本发明中，所述浸泡的温度和时间为上述范围时，能够使原始木板或原始竹板中充分湿胀。
浸泡完成后，本发明优选将所述浸泡后的木板清洗干净，得到湿胀木板或湿胀竹板。本发明对所述清洗的方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的清洗方法，能够将所述木板表面的湿胀液清洗干净即可。
得到湿胀木板或湿胀竹板后，本发明将所述湿胀木板或湿胀竹板进行木质素改性，得到白色单板。在本发明中，所述白色单板中木质素的质量大于或等于原始木板或原始竹板中木质素质量的50％。在本发明中，所述白色单板中木质素的质量大于或等于原始木板或原始竹板中木质素质量的50％时，能够使白色单板具有丰富的木质素，保证白色单板具有优异的力学性能。
在本发明中，将所述湿胀木板或湿胀竹板进行木质素改性，能够利用氧化还原反应将木质素侧链上的生色基团(如醌基、共轭双键等官能团)去除；或者将醚经水解反应形成羟基，而不破坏木质素的主体结构，进而能保证白色单板具有优异的力学性能，防止白色单板破碎，进而能够制备得到大幅面的透明木材或竹材。反应原理优选如式(I)所示：
Figure BDA0003265350120000051
在本发明中，所述木质素改性包括：将所述湿胀木板或湿胀竹板浸泡于木质素改性剂溶液中，进行改性处理；所述木质素改性剂溶液包括双氧水和碱性溶液的混合物或双氧水。
在本发明中，所述双氧水的质量浓度优选为20～40％，更优选为25～35％。在本发明中，所述双氧水的质量浓度为上述范围时，有利于木质素改性充分进行。
在本发明中，所述碱性溶液优选为氨水、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氢氧化钙溶液；所述碱性溶液的质量浓度优选为10～30％，更优选为15～25％。在本发明中，所述碱性溶液的质量浓度为上述范围时，有利于木质素改性充分进行。
在本发明中，当双氧水和碱性溶液的混合物中双氧水与碱性溶液的质量比例优选为10:(0.1～3)，更优选为10:(1～2)。在本发明中，所述双氧水与碱性溶液的质量比为上述范围时，有利于木质素改性充分进行。
在本发明中，所述木质素改性剂溶液为双氧水和碱性溶液的混合物时，所述木质素改性剂溶液的pH值优选为7～14，更优选为11。在本发明中，所述木质素改性剂溶液的pH值为上述范围时，更有利于木质素改性充分进行。本发明对调节所述木质素改性剂溶液的pH值的试剂没有特殊限定，根据需要进行选择即可。在本发明中，调节所述木质素改性剂溶液的pH值的试剂优选为双氧水或氢氧化钠溶液。
在本发明中，所述浸泡的温度优选为20～100℃，更优选为90℃。本发明对所述浸泡的时间没有特殊限定，能够将所述湿胀木板或湿胀竹板处理至颜色为纯白色即可。
在本发明中，当所述木质素改性剂溶液为双氧水时，所述木质素改性优选在紫外线或太阳光照射下进行。本发明对所述紫外线或太阳光的照射强度没有特殊限定，根据需要进行选择即可。在本发明中，将所述湿胀木板或湿胀竹板浸泡于双氧水中，并辅助紫外线或太阳光照射有利于木质素改性充分进行。
木质素改性完成后，本发明优选将所述木质素改性后的木板进行清洗，得到白色单板。本发明对所述清洗的方法没有特殊限定，能够将所述木质素改性后的木板表面的木质素改性剂溶液清洗干净即可。
得到白色单板后，本发明将所述白色单板放入溶剂中，对白色单板中的木质素改性剂溶液进行溶剂置换，得到纯化白色单板。在本发明中，所述溶剂置换能够去除白色单板内部的木质素改性剂溶液。
在本发明中，所述溶剂优选为乙醇、甲醇或丙酮。在本发明中，所述溶剂为上述种类时，能够在将白色单板内部的木质素改性剂溶液置换之后易于挥发除去，得到杂质含量少的纯化白色单板。
在本发明中，所述溶剂置换的温度优选为10～85℃，更优选为25～50℃；所述溶剂置换的时间优选为0～48h，更优选为5～10h。在本发明中，所述溶剂置换的温度和时间为上述范围时，能够充分置换出白色单板内部的木质素改性剂溶液。
得到纯化白色单板后，用树脂对所述纯化白色单板进行浸渍后固化，得到大幅面的透明木材或竹材。
在本发明中，所述树脂优选为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、环氧树脂、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸酯及其衍生物、聚乙二醇和聚氨酯中的一种或几种的混合物。在本发明中，当所述树脂为上述类型时，光折射率优选为1.0～2.0，具有较高的光学透光率，且和纤维折射率相近，对纯化白色单板进行浸渍后，能够使透明木材具有优异的透光性；并且，当所述树脂为上述类型时，能够实现快速固化，大大缩短透明木材的制备时间，进而实现快速制备大幅面的透明木材或竹材。
在本发明中，用树脂对纯化白色木板进行浸渍时，优选将树脂对应的固化剂混合后得到混合液，然后将混合液对纯化白色单板进行浸渍。本发明对所述固化剂的种类没有特殊限定，根据选择的树脂的种类不同进行调整即可。
本发明对所述用树脂对所述步骤(3)得到的纯化白色单板进行浸渍的方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方法，能够将所述树脂浸渍于纯化白色单板即可。在本发明中，所述树脂浸渍纯化白色单板的方法优选为：将纯化白色单板浸泡于树脂中，在真空下保持一段时间，使树脂渗入纯化白色单板中，待树脂浸渍满纯化白色单板，取出。在本发明中，所述真空的真空度优选为-0.1MPa；所述在真空下保持的时间优选为0.5～30min，更优选为10～20min。在本发明中，所述树脂浸渍于纯化白色单板的方法和参数为上述范围时，能够使树脂浸渍充分于纯化白色单板中。
本发明对所述固化的温度和时间没有特殊限定，根据选择的树脂的不同进行调整即可。在本发明中，当所述树脂为甲基丙烯酸甲酯预聚物、聚苯乙烯、环氧树脂、丙烯酸酯及其衍生物，聚乙二醇和聚氨酯中的一种或几种的混合物时，所述固化的温度优选为10～150℃，更优选为20～80℃；所述固化的时间优选为0～168h，更优选为24～72h；当所述的树脂为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯及其衍生物、聚乙二醇二丙烯酸酯及其衍生物，环氧树脂丙烯酸酯及其衍生物，聚氨酯丙烯酸酯及其衍生物时，所述的固化方式是紫外照射固化，紫外照射能量优选为0～3000w，更优选为20～200w，所述固化的时间优选为0～300秒，更优选为10～60秒；所述固化的温度优选为10～150℃，更优选为20～80℃。在本发明中，所述固化的温度和时间为上述范围时，能够使树脂充分固化。
在本发明中，所述固化优选在加热固化和/或紫外线照射下进行。在本发明中，所述加热固化和/或紫外线照射能够辅助树脂固化，提高固化的速率，进而有利于实现快速制备大幅面的透明木材或竹材。
本发明的制备方法先获得湿胀木板或湿胀竹板，有利于后续木质素改性的充分进行；本发明通过限定木质素改性处理的方法，去除木质素中的生色基团(如醌基、共轭双键等官能团)，而不破坏木质素的主体结构，能制备得到大幅面的透明木材或竹材，且保证透明木材具有优异的力学性能；本发明将溶剂置换的白色单板浸泡于树脂中，进行固化，能够利用树脂的固化，进一步提高透明木材的力学性能。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的大幅面的透明木材或竹材，所述透明木材的透光率≥85％，雾度≤82％。
本发明提供的透明木材的透光率≥85％，雾度≤82％，具有优异的透光性；且透明木材的力学性能与原始木材的力学性能接近。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种大幅面透明木材的制备方法，步骤为：
(1)取一根杨木，从木材的弦切面切出一片厚度为2mm的木片(长×宽×厚＝50cm×50cm×2mm)，作为原始木板；将原始木板置于次氯酸钠溶液(溶质质量分数为5％)中，升温到沸腾，浸泡20min，将其取出清洗干净，得到湿胀木板；
(2)将所述步骤(1)得到的湿胀木板进行木质素改性，取出用水清洗，得到白色单板；所述白色单板中木质素的质量大于等于原始木板中木质素质量的76.5％；
所述木质素改性包括：将所述湿胀木板浸泡于双氧水和氢氧化钠混合溶液中，然后用双氧水或氢氧化钠溶液将混合溶液的pH调为11，将温度缓慢升高到90℃，直到木片从本色变纯白色；双氧水和氢氧化钠混合溶液的配置方法为：双氧水的浓度是36％，氢氧化钠溶液的浓度为10％，将10份双氧水溶液和2份氢氧化钠溶液混合即可；
(3)将所述步骤(2)得到的白色单板放入纯丙酮中，对白色单板中的木质素改性剂溶液进行溶剂置换，得到纯化白色单板；
(4)将树脂浸渍于所述步骤(3)得到的纯化白色单板中，在50℃条件下固化5小时进行固化，得到大幅面透明木材；
纯化白色单板中浸渍树脂工艺步骤：将环氧树脂和固化剂(环氧树脂和固化剂的质量比为100：30)混合，搅拌均匀，将纯化白色单板放入环氧树脂和固化剂的混合液体中，采用真空方法(压力为-0.1MPa，保压时间为0.5～30min)将液体负压渗入木材中，待液体浸渍满木材之后，将木材取出。
本实施例使用的原始木板如图1所示。
本实施例中步骤(2)得到的白色单板如图2所示。由图1和图2可以看出，图1的原始木板为原木的颜色，即为灰白色，经步骤(2)处理后，能够使原始木板中漂白，且漂白后的木板仍然保持原始木板的形貌，未破坏原始木板的结构。
实施例2
一种大幅面透明竹材的制备方法，步骤为：
(1)沿着竹子的表面旋切出一片厚度为1.5mm的竹片(长×宽×厚＝10cm×6cm×1.5mm)，作为原始竹板；将原始竹板置于次氯酸钠溶液(溶质质量分数为5％)中，升温到沸腾，浸泡30min，将其取出清洗干净，得到湿胀竹板；
(2)将所述步骤(1)得到的湿胀竹板进行木质素改性，取出用水清洗，得到白色单板；所述白色单板中木质素的质量大于等于原始竹板中木质素质量的71.8％；
所述木质素改性包括：将所述湿胀竹板浸泡于双氧水和氢氧化钠混合溶液中，然后用双氧水或氢氧化钠溶液将混合溶液的pH调为11，在25℃下浸泡，直到木片从本色变纯白色；双氧水和氢氧化钠混合溶液的配置方法为：双氧水的浓度是36％，氢氧化钠溶液的浓度为10％，将10份双氧水溶液和2份氢氧化钠溶液混合即可；
(3)将所述步骤(2)得到的白色单板放入纯丙酮中，对白色单板中的木质素改性剂溶液进行溶剂置换，得到纯化白色单板；
(4)将树脂浸渍于所述步骤(3)得到的纯化白色单板中，在50℃条件下固化5小时进行固化，得到大幅面的透明竹材；
纯化白色单板中浸渍树脂工艺步骤：将环氧树脂和固化剂(环氧树脂和固化剂的质量比为100：30)混合，搅拌均匀，将纯化白色单板放入环氧树脂和固化剂的混合液体中，采用真空方法(压力为-0.1MPa，保压时间为0.5～30min)将液体负压渗入木材中，待液体浸渍满木材之后，将木材取出。
实施例3
一种大幅面透明木材的制备方法，步骤为：
(1)取一根杨木，从木材的弦切面切出一片厚度为2mm的木片(长×宽×厚＝50cm×50cm×2mm)，作为原始木板；将原始木板置于次氯酸钠溶液(溶质质量分数为5％)中，升温到沸腾，浸泡20min，将其取出清洗干净，得到湿胀木板；
(2)将所述步骤(1)得到的湿胀木板进行木质素改性，取出用水清洗，得到白色单板；所述白色单板中木质素的质量大于等于原始木板中木质素质量的75.1％；
所述木质素改性包括：将所述湿胀木板浸泡于双氧水和氨水混合溶液中，然后用双氧水或氨水溶液将混合溶液的pH调为10，将温度缓慢升高到90℃，直到木片从本色变纯白色；双氧水和氨水混合溶液的配置方法为：双氧水的浓度是36％，氨水的浓度为25％，将10份双氧水溶液和2份氨水混合即可；
(3)将所述步骤(2)得到的白色单板放入纯丙酮中，对白色单板中的木质素改性剂溶液进行溶剂置换，得到纯化白色单板；
(4)将树脂浸渍于所述步骤(3)得到的纯化白色单板中，在100℃条件下固化30min进行固化，得到大幅面透明木材；
纯化白色单板中浸渍树脂工艺步骤：将环氧树脂和固化剂(环氧树脂和固化剂的质量比为100：30)混合，搅拌均匀，将纯化白色单板放入环氧树脂和固化剂的混合液体中，采用真空方法(压力为-0.1MPa，保压时间为0.5～30min)将液体负压渗入木材中，待液体浸渍满木材之后，将木材取出。
实施例4
一种大幅面透明木材的制备方法，步骤为：
(1)取一根杨木，从木材的弦切面切出一片厚度为2mm的木片(长×宽×厚＝50cm×50cm×2mm)，作为原始木板；将原始木板置于次氯酸钠溶液(溶质质量分数为5％)中，升温到沸腾，浸泡20min，将其取出清洗干净，得到湿胀木板；
(2)将所述步骤(1)得到的湿胀木板进行木质素改性，取出用水清洗，得到白色单板；所述白色单板中木质素的质量大于等于原始木板中木质素质量的85％；
所述木质素改性包括：将所述湿胀木板浸泡于双氧水和氨水混合溶液中，然后用双氧水或氨水溶液将混合溶液的pH调为10，将温度缓慢升高到90℃，直到木片从本色变纯白色；双氧水和氨水混合溶液的配置方法为：双氧水的浓度是36％，氨水的浓度为25％，将10份双氧水溶液和2份氨水混合即可；
(3)将所述步骤(2)得到的白色单板放入纯丙酮中，对白色单板中的木质素改性剂溶液进行溶剂置换，得到纯化白色单板；
(4)将树脂浸渍于所述步骤(3)得到的纯化白色单板中，在120w UV灯条件下照射固化25s，得到大幅面透明木材；
纯化白色单板中浸渍树脂工艺步骤：将聚乙二醇二丙烯酸酯和固化剂(树脂和固化剂的质量比为100：1)混合，搅拌均匀，将纯化白色单板放入环氧树脂和固化剂的混合液体中，采用真空方法(压力为-0.1MPa，保压时间为0.5～30min)将液体负压渗入木材中，待液体浸渍满木材之后，将木材取出。
实施例5
一种大幅面透明竹材的制备方法，步骤为：
(1)沿着竹子的表面旋切出一片厚度为1.5mm的竹片(长×宽×厚＝10cm×6cm×1.5mm)，作为原始竹板；将原始竹板置于次氯酸钠溶液(溶质质量分数为5％)中，升温到沸腾，浸泡30min，将其取出清洗干净，得到湿胀竹板；
(2)将所述步骤(1)得到的湿胀竹板进行木质素改性，取出用水清洗，得到白色单板；所述白色单板中木质素的质量大于等于原始竹板中木质素质量的72.3％；
所述木质素改性包括：将所述湿胀竹板浸泡于双氧水和氢氧化钠混合溶液中，然后用双氧水或氢氧化钠溶液将混合溶液的pH调为11，在25℃下浸泡，直到木片从本色变纯白色；双氧水和氢氧化钠混合溶液的配置方法为：双氧水的浓度是36％，氢氧化钠溶液的浓度为10％，将10份双氧水溶液和2份氢氧化钠溶液混合即可；
(3)将所述步骤(2)得到的白色单板放入纯丙酮中，对白色单板中的木质素改性剂溶液进行溶剂置换，得到纯化白色单板；
(4)将树脂浸渍于所述步骤(3)得到的纯化白色单板中，在120w UV灯条件下照射固化25s，得到大幅面的透明竹材；
纯化白色单板中浸渍树脂工艺步骤：将聚乙二醇二丙烯酸酯和固化剂(树脂和固化剂的质量比为100：1)混合，搅拌均匀，将纯化白色单板放入环氧树脂和固化剂的混合液体中，采用真空方法(压力为-0.1MPa，保压时间为0.5～30min)将液体负压渗入木材中，待液体浸渍满木材之后，将木材取出。
对比例1
一种透明木材的制备方法，步骤为：
(1)取一根杨木，从木材的弦切面切出一片厚度为2mm的木片(长×宽×厚＝10cm×10cm×2mm)，作为原始木板；将原始木板置于次氯酸钠溶液(溶质质量分数为5％)中，采用醋酸将其pH调节为4.5，升温到沸腾，浸泡直到木片从本色变纯白色，得到白色单板；所述白色单板中木质素的质量大于等于原始木板中木质素质量的7％；
(2)将所述步骤(1)得到的白色单板放入纯丙酮中，对白色单板中的木质素改性剂溶液进行溶剂置换，得到纯化白色单板；
(3)将树脂浸渍于所述步骤(2)得到的纯化白色单板中，在50℃条件下固化5小时进行固化，得到大幅面透明木材；
纯化白色单板中浸渍树脂工艺步骤：将环氧树脂和固化剂(环氧树脂和固化剂的质量比为100：30)混合，搅拌均匀，将纯化白色单板放入环氧树脂和固化剂的混合液体中，采用真空方法(压力为-0.1MPa，保压时间为0.5～30min)将液体负压渗入木材中，待液体浸渍满木材之后，将木材取出。
对比例2
一种大幅面透明木材的制备方法，步骤为：
(1)取一根杨木，从木材的弦切面切出一片厚度为2mm的木片(长×宽×厚＝50cm×50cm×2mm)，作为原始木板；将原始木板置于水液(无溶质)中，升温到沸腾，浸泡30min，将其取出清洗干净，得到湿胀木板；
(2)将所述步骤(1)得到的湿胀木板进行木质素改性，取出用水清洗，得到白色单板；所述白色单板中木质素的质量大于等于原始木板中木质素质量的88.7％；
所述木质素改性包括：将所述湿胀木板浸泡于双氧水和氢氧化钠混合溶液中，然后用双氧水或氢氧化钠溶液将混合溶液的pH调为11，将温度缓慢升高到90℃，直到木片从本色变纯白色；双氧水和氢氧化钠混合溶液的配置方法为：双氧水的浓度是36％，氢氧化钠溶液的浓度为10％，将10份双氧水溶液和2份氢氧化钠溶液混合即可；
(3)将所述步骤(2)得到的白色单板放入纯丙酮中，对白色单板中的木质素改性剂溶液进行溶剂置换，得到纯化白色单板；
(4)将树脂浸渍于所述步骤(3)得到的纯化白色单板中，在50℃条件下固化5小时进行固化，得到大幅面透明木材；
纯化白色单板中浸渍树脂工艺步骤：将环氧树脂和固化剂(环氧树脂和固化剂的质量比为100：30)混合，搅拌均匀，将纯化白色单板放入环氧树脂和固化剂的混合液体中，采用真空方法(压力为-0.1MPa，保压时间为0.5～30min)将液体负压渗入木材中，待液体浸渍满木材之后，将木材取出。
测试例1
实施例1中的原始木材，实施例1步骤(2)和对比例1步骤(1)制备的白色单板的拉伸强度和木质素含量的测试结果如表1所示：
表1：原始木材，实施例1步骤(2)和对比例1步骤(1)制备的白色单板的拉伸强度和木质素含量的测试结果
Figure BDA0003265350120000131
Figure BDA0003265350120000141
由表1可以看出，本发明提供的制备方法制备得到的白色单板未完全脱除木质素，白色单板中木质素的质量为原始木板中木质素质量的76.5％，白色单板的拉伸强度与原始木材接近。而对比例1中脱除全木木质素，白色单板中木质素的质量为原始木板中木质素质量的7％，白色单板的拉伸强度远远低于与原始木材。对比例1为目前常用的制备透明木材时制备白木材的方法，该方法会大幅度降低脱除木质素以后木材的力学性能，从而无法制备出大幅面透明木材，使得透明木材无法得到实际应用。而本发明提供的制备方法能够解决此技术问题，进而能够得到大幅面的白色单板。
采用带有积分球的紫外光谱仪对实施例1中的原始木材，实施例1步骤(2)和对比例1步骤(1)制备的白色单板的透光率进行检测，如图3所示。从图3可以看出。本发明提供的制备方法得到的白色单板的透光率相近，均远远高于原始木板的透光率。
从表1和图3可知，本发明提供的制备方法不仅能够得到透光率高的白色单板，且能够保证白色单板具有优异的力学性能，进而为后续浸渍树脂制备透光率高、力学性能好的透明木材提供基础。
将实施例1制备的透明木材覆盖在带有文字的图片上，拍摄照片如图4所示。从图4可以看出，实施例1制备的透明木材具有优异的透光性。
测试例2
采用带有积分球的紫外光谱仪对本发明实施例1～5以及对比例1和2制备的透明木材的透光率和雾度进行测试，得到实施例1～5以及对比例1和2制备的透明木材的透光率和雾度的测试结果如表2所示：
表2：实施例1～5以及对比例1和2制备的透明木材的透光率和雾度测试结果
Figure BDA0003265350120000142
Figure BDA0003265350120000151
从表2可以看出，本发明制备的透明木材具有较高的透光率和较低的雾度。
由上述实施例测试结果可知，本发明制备的透明木材具有较高的透光率和较低的雾度，且具有优异的力学性能，能够获得大幅面的透明木材。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大幅面的透明木材或竹材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将原始木板或原始竹板置于湿胀液中进行浸泡，得到湿胀木板或湿胀竹板；
(2)将所述步骤(1)得到的湿胀木板或湿胀竹板进行木质素改性，得到白色单板；所述白色单板中木质素的质量大于等于原始木板或原始竹板中木质素质量的50％；
所述木质素改性包括：将所述湿胀木板或湿胀竹板浸泡于木质素改性剂溶液中，进行改性处理；所述木质素改性剂溶液包括双氧水和碱性溶液的混合物或双氧水；
(3)将所述步骤(2)得到的白色单板放入溶剂中，对白色单板中的木质素改性剂溶液进行溶剂置换，得到纯化白色单板；
(4)用树脂对所述步骤(3)得到的纯化白色单板进行浸渍后固化，得到大幅面的透明木材或竹材。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的原始木板来源于针叶材或阔叶，所述原始竹板来源于毛竹、绿竹或慈竹。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的湿胀液包括亚氯酸钠、次氯酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钠和亚硫酸钠中任意一种的水溶液。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的湿胀液中溶质的质量分数小于20％。
5.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的浸泡的温度为15～100℃，浸泡的时间为1min～120min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的碱性溶液为氨水、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氢氧化钙溶液。
7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的碱性溶液的质量浓度为10～30％。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的双氧水的质量浓度为20～40％。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的双氧水与碱性溶液的质量比为10:(0.1～3)。
10.权利要求1～9任意一项所述制备方法制备得到的大幅面的透明木材或竹材，所述透明木材或竹材的透光率≥85％，雾度≤82％。
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