CN116175714A - 一种仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，包括如下步骤：步骤1、按加热融化后的聚乙二醇‑4000和N,N‑二甲基甲酰胺混合均匀，获得混合液1；步骤2、取异佛尔酮二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡和N,N‑二甲基甲酰胺混合，得到混合液2；步骤3、在75‑85℃的油浴中，保持转速350‑450rad/min速度搅拌，然后将混合液2缓慢滴加至混合液1中，油浴55‑65min后取出，获得混合浸渍液；步骤4、将去木质素木材置于含有混合浸渍液的容器中浸渍，浸渍后将容器置于90‑110℃油浴100‑150min，油浴后烘干获得成品。本发明制备的相变储能木材不仅具有优异的蓄热储能的能力，而且具有高强度。
Description
技术领域
本发明涉及储能材料应用领域，具体地说，涉及一种仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法。
背景技术
经济与社会的快速发展带来了前所未有的能源消耗，节能和可持续发展问题受到了全世界的关注。要加速绿色建筑占比大幅提高，因此研发绿色建筑节能材料，推动建筑节能领域发展符合时代需求，具有广阔的市场前景。
相变储能材料是指是指在一定的温度范围内,利用材料本身相态或结构变化,向环境自动吸收或释放潜热,从而达到调控环境温度的一类材料。然而，相变储能材料普遍存在易泄露等问题。而木材具有天然多孔结构，可以有效吸附浸渍进入木材的聚乙二醇丙烯酸酯，并通过氢键加以固定，防止其泄露。而由于木材本身的性质使其在去木质素后在制备成相变木材会有强度不高的问题，因此如何在相变储能木材的基础上使其具有高强度能成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法。本发明制备的相变储能木材不仅具有优异的蓄热储能的能力，而且具有高强度。
本发明的技术方案如下：一种仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按质量份将80-120份加热融化后的聚乙二醇-4000和80-120份的N,N-二甲基甲酰胺混合均匀，获得混合液1；
步骤2、按质量份取3-8份异佛尔酮二异氰酸酯、0.1-1份二月桂酸二丁基锡和5-15份N,N-二甲基甲酰胺混合，得到混合液2；
步骤3、在75-85℃的油浴中，保持转速350-450rad/min速度搅拌，然后将混合液2缓慢滴加至混合液1中，油浴55-65min后取出，获得混合浸渍液；
步骤4、将去木质素木材置于含有混合浸渍液的容器中浸渍，浸渍后将容器置于90-110℃油浴100-150min，油浴后烘干获得成品。
上述的仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，步骤1中，所述聚乙二醇-4000的质量份为100份，所述N,N-二甲基甲酰胺的质量份为100份。
前述的仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，步骤2中，所述异佛尔酮二异氰酸酯的质量份为5.55份，所述二月桂酸二丁基锡的质量份为0.6份，所述N,N-二甲基甲酰胺的质量份为10份。
前述的仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，步骤3中，在80℃的油浴中，保持转速400rad/min速度搅拌；所述油浴时间为60min。
前述的仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，步骤4中，所述浸渍的时间为30min，浸渍后将容器置于100℃油浴120min。
前述的仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，步骤4中，所述烘干是在90℃烘箱中烘干48h。
前述的仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，步骤4中，所述去木质素木材为去木质素轻木。
前述的仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，所述去木质素木材的制备是将2-3mol/L的氢氧化钠溶液和0.2-0.6mol/L的亚硫酸钠溶液混合，混合液中氢氧化钠溶液体积占总混合溶液体积的50％，亚硫酸钠溶液体积占总混合液体积的50％，再按质量份将20-50份的轻木木片置于800-1200份的混合液中煮沸至溶液颜色变浅，期间更换新的混合溶液重复上述步骤3-4次，最后用去离子水清洗去除残余化学药剂，得到去木质素轻木。
前述的仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，所述氢氧化钠溶液的浓度是2.5mol/L，所述亚硫酸钠溶液的浓度为0.4moll/L。
前述的仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，将制备得到的去木质素轻木浸泡在N,N-二甲基甲酰胺中，以此去除去去木质素轻木中的水分。
与现有技术相比，本发明通过以去木质素木片为载体，通过浸渍法将由聚氨酯预聚物浸渍得到的混合浸渍液浸渍到去木质素木材中，使其均匀填充在木材内部的导管与纤维中，使木材不仅具有超高强度，同时具有蓄热储能的能力。此外，本发明进一步了的优化了各项参数配比，使其效果最佳。利用本发明的相变储能木材设计、研发能够智能调温、蓄热节能的新型木质家居产品，对于开发低碳节能建筑材料，推动木材产业转型升级具有重要意义。
附图说明
图1为实施例4中的成品的实物图；
图2是实施例4制备的仿骨骼高强度相变储能木材在纵向、横向受拉时的原理图及微观图；
图3为轻木原木内部微观结构图，
图4为实施例4中的阻燃相变木材内部微观结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例可以使本领域普通技术人员更全面的理解本发明。
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1：一种仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、按质量份将80g加热融化后的聚乙二醇-4000和120g份的N,N-二甲基甲酰胺混合均匀，获得混合液1；
步骤2、按质量份取4.5g异佛尔酮二异氰酸酯、0.4g二月桂酸二丁基锡和8gN,N-二甲基甲酰胺混合，得到混合液2；
步骤3、在75℃的油浴中，保持转速380rad/min速度搅拌，然后将混合液2缓慢滴加至混合液1中，油浴55min后取出，获得混合浸渍液；
步骤4、将去木质素木材置于含有混合浸渍液的容器中浸渍30min，浸渍后将容器置于95℃油浴130min，油浴后烘干获得成品。
实施例2：一种仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、按质量份将110g加热融化后的聚乙二醇-4000和90g份的N,N-二甲基甲酰胺混合均匀，获得混合液1；
步骤2、按质量份取6.5g异佛尔酮二异氰酸酯、0.8g二月桂酸二丁基锡和13gN,N-二甲基甲酰胺混合，得到混合液2；
步骤3、在85℃的油浴中，保持转速450rad/min速度搅拌，然后将混合液2缓慢滴加至混合液1中，油浴60min后取出，获得混合浸渍液；
步骤4、将去木质素木材置于含有混合浸渍液的容器中浸渍30min，浸渍后将容器置于100℃油浴110min，油浴后烘干获得成品。
实施例3：一种仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、按质量份将110g加热融化后的聚乙二醇-4000和900g份的N,N-二甲基甲酰胺混合均匀，获得混合液1；
步骤2、按质量份取6.5g异佛尔酮二异氰酸酯、0.8g二月桂酸二丁基锡和13gN,N-二甲基甲酰胺混合，得到混合液2；
步骤3、在85℃的油浴中，保持转速450rad/min速度搅拌，然后将混合液2缓慢滴加至混合液1中，油浴60min后取出，获得混合浸渍液；
步骤4、将去木质素木材置于含有混合浸渍液的容器中浸渍30min，浸渍后将容器置于100℃油浴110min，油浴后烘干获得成品。
本实施例中，所述去木质素木材的制备是将2.5mol/L的氢氧化钠溶液和0.4mol/L的亚硫酸钠溶液混合，混合液中氢氧化钠溶液体积占总混合溶液体积的50％，亚硫酸钠溶液体积占总混合液体积的50％，再按质量份将30g的轻木木片置于1000ml的混合液中煮沸至溶液颜色变浅，期间更换新的混合溶液重复上述步骤3-4次，最后用去离子水清洗去除残余化学药剂，得到去木质素木材。将制备得到的去木质素轻木浸泡在N,N-二甲基甲酰胺中，以此去除去去木质素轻木中的水分。
实施例4：一种仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、按质量份将100g加热融化后的聚乙二醇-4000和100g份的N,N-二甲基甲酰胺混合均匀，获得混合液1；
步骤2、按质量份取5.55g异佛尔酮二异氰酸酯、0.6g二月桂酸二丁基锡和10gN,N-二甲基甲酰胺混合，得到混合液2；
步骤3、在80℃的油浴中，保持转速400rad/min速度搅拌，然后将混合液2缓慢滴加至混合液1中，油浴60min后取出，获得混合浸渍液；
步骤4、将去木质素木材置于含有混合浸渍液的容器中浸渍30min，浸渍后将容器置于100℃油浴120min，油浴后取出木片，擦拭表面，置于90℃烘箱48h，烘干获得成品。
本实施例中，所述去木质素木材的制备是将2.5mol/L的氢氧化钠溶液和0.4mol/L的亚硫酸钠溶液混合，混合液中氢氧化钠溶液体积占总混合溶液体积的50％，亚硫酸钠溶液体积占总混合液体积的50％，再按质量份将30g的轻木木片置于1000ml的混合液中煮沸至溶液颜色变浅，期间更换新的混合溶液重复上述步骤3-4次，最后用去离子水清洗去除残余化学药剂，得到去木质素木材。
申请人以最优选的实施例4中的成品进行示例，实物图如图1所示。同时申请人以该成品进行纵向、横向受拉试压，图2是实施例4制备的仿骨骼高强度相变储能木材在纵向、横向受拉时的原理图及微观图。从图2中可以看出仿骨骼高强度相变储能木材在拉伸试验后表现出典型的锯齿状断裂边缘，纤维断裂和分散的聚氨酯碎片，进一步证明了以排列良好的纳米纤维为骨架，聚氨酯聚合物为纳米填充的优良力学性能。从纵向放大的电子显微镜图像可以看出，经过拉伸试验，仿骨骼高强度相变储能木材呈现出独特的多层断裂截面，表明聚氨酯聚合物在应力耗散和促进抗拉强度方面发挥了重要作用。与纵向拉伸强度相比，横向拉伸强度是由聚氨酯相对较低的机械强度和纤维素链和聚氨酯链之间的氢键的共同作用产生的。进一步的，通过观察对实施例4中实物以及轻木原木的内部微观进行进一步地放大结构图，参见图3和图4，图3为轻木原木内部微观结构图，图4为实施例4中的仿骨骼高强度相变储能木材内部微观结构图。从给图3和图4可以看出，木材具有天然多孔结构，可以作为吸附浸渍材料的良好容器。图4的结果表现出了采用本发明的工艺可以阻燃相变木材内部填充有大量的混合浸渍液，该材料浸渍液使得仿骨骼高强度相变储能木材不仅具有优异的蓄热储能的能力，而且具有良好的强度。
综上所述，本发明通过以去木质素木片为载体，通过浸渍法将由聚氨酯预聚物浸渍得到的混合浸渍液浸渍到去木质素木材中，使其均匀填充在木材内部的导管与纤维中，使木材不仅具有超高强度，同时具有蓄热储能的能力。此外，本发明进一步了的优化了各项参数配比，使其效果最佳。利用本发明的相变储能木材设计、研发能够智能调温、蓄热节能的新型木质家居产品，对于开发低碳节能建筑材料，推动木材产业转型升级具有重要意义。
Claims (10)
1.一种仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、按质量份将80-120份加热融化后的聚乙二醇-4000和80-120份的N,N-二甲基甲酰胺混合均匀，获得混合液1；
步骤2、按质量份取3-8份异佛尔酮二异氰酸酯、0.1-1份二月桂酸二丁基锡和5-15份N,N-二甲基甲酰胺混合，得到混合液2；
步骤3、在75-85℃的油浴中，保持转速350-450rad/min速度搅拌，然后将混合液2缓慢滴加至混合液1中，油浴55-65min后取出，获得混合浸渍液；
步骤4、将去木质素木材置于含有混合浸渍液的容器中浸渍，浸渍后将容器置于90-110℃油浴100-150min，油浴后烘干获得成品。
2.根据权利要求1所述的仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述聚乙二醇-4000的质量份为100份，所述N,N-二甲基甲酰胺的质量份为100份。
3.根据权利要求1所述的仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述异佛尔酮二异氰酸酯的质量份为5.55份，所述二月桂酸二丁基锡的质量份为0.6份，所述N,N-二甲基甲酰胺的质量份为10份。
4.根据权利要求1所述的仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，其特征在于：步骤3中，在80℃的油浴中，保持转速400rad/min速度搅拌；所述油浴时间为60min。
5.根据权利要求1所述的仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，其特征在于：步骤4中，所述浸渍的时间为30min，浸渍后将容器置于100℃油浴120min。
6.根据权利要求1所述的仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，其特征在于：步骤4中，所述烘干是在90℃烘箱中烘干48h。
7.根据权利要求1所述的仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，其特征在于：步骤4中，所述去木质素木材为去木质素轻木。
8.根据权利要求7所述的所述的仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，其特征在于：所述去木质素木材的制备是将2-3mol/L的氢氧化钠溶液和0.2-0.6mol/L的亚硫酸钠溶液混合，混合液中氢氧化钠溶液体积占总混合溶液体积的50％，亚硫酸钠溶液体积占总混合液体积的50％，再按质量份将20-50份的轻木木片置于800-1200份的混合液中煮沸至溶液颜色变浅，期间更换新的混合溶液重复上述步骤3-4次，最后用去离子水清洗去除残余化学药剂，得到去木质素轻木。
9.根据权利要求8所述的仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，其特征在于：所述氢氧化钠溶液的浓度是2.5mol/L，所述亚硫酸钠溶液的浓度为0.4moll/L。
10.根据权利要求8所述的仿骨骼高强度相变储能木材的制备方法，其特征在于：将制备得到的去木质素轻木浸泡在N,N-二甲基甲酰胺中，以此去除去去木质素轻木中的水分。
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