CN114905588A - 一种形状可编辑透明木材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种形状可编辑透明木材及其制备方法，包括以下步骤：步骤1：将木材样品浸泡于脱木素溶液中制备脱木素样品；步骤2：配置浸渍树脂溶液，将环氧树脂(E51)与三羟甲基丙烷三(3‑巯基丙酸)酯(Tri‑SH)及催化剂(Sn(Oct)2)混合并剧烈搅拌得到浸渍树脂溶液；步骤3：将脱木素样品放入浸渍树脂溶液中制备浸入树脂的样品，将浸入树脂的样品夹在两片聚四氟乙烯膜之间，并夹于两张玻璃片之间，然后用铝箔包裹加热固化后取出冷却，获得具有形状可编辑透明木材。本发明通过对木材脱木素处理再浸渍功能性树脂，结合原位聚合工艺，使木材具有一定透光性，同时具备形状记忆、形状编辑等特点。

Description

一种形状可编辑透明木材及其制备方法
技术领域
本发明属于木材制造及改性技术领域，具体涉及一种形状可编辑透明木材及其制备方法。
背景技术
随着透明木材制备技术的日益完善，仅针对其光学特性的研究已难以取得突破进展，透明木材功能化的相关研究已成为一大热点。目前，透明木材已经在光、热、电磁、能源管理等领域引起了极大关注，涉及荧光、发光、导电、磁性、热储存、热屏蔽等功能越来越多的被引入到透明木材研究领域。形状记忆材料是最值得关注的一类智能材料。在外部条件(热、化学、机械、磁、电等)的驱动下，可以完成“原始形状-临时形状-形状回复”的循环，这一智能特性，在纺织工业、医疗卫生、建筑包装等领域应用广泛。将透明木材和形状记忆功能相结合，不仅丰富了透明木材的应用范围，也符合可持续发展、绿色发展的需要，因为木材本身具有可生物降解、绿色环保的特性。如何实现两者的有效结合，制备一种具有形状记忆功能的透明木材成为了人们亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种形状可编辑透明木材及其制备方法，通过对木材脱木素处理再浸渍功能性树脂，结合原位聚合工艺，使木材具有一定透光性，同时具备形状记忆、形状编辑等特点。
实现本发明目的的技术方案为：
一种形状可编辑透明木材的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将木材样品浸泡于脱木素溶液中制备脱木素样品；
步骤2：配置浸渍树脂溶液，将环氧树脂(E51)与三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸)酯(Tri-SH)及催化剂(Sn(Oct)2)混合并剧烈搅拌得到浸渍树脂溶液；
步骤3：将脱木素样品放入浸渍树脂溶液中制备浸入树脂的样品，将浸入树脂的样品夹在两片聚四氟乙烯膜之间，并夹于两张玻璃片之间，然后用铝箔包裹加热固化后取出冷却，获得具有形状可编辑透明木材。
进一步地，所述步骤1具体包括：
步骤1.1：将木材样品制备成所需规格尺寸；
步骤1.2：配置预定质量分数的次氯酸钠溶液，并使用醋酸调整溶液的pH至预定值，获得脱木素溶液，将木材样品浸泡于80℃的脱木素溶液中数小时；
步骤1.3：每间隔预定时间更换一次脱木素溶液；
步骤1.4：用热水清洗浸泡处理过的木材样品；
步骤1.5：冷冻干燥清洗过的木材样品，获得脱木素样品。
进一步地，所述步骤1.1中的木材样品的厚度在3mm以内。
进一步地，所述步骤1.2中次氯酸钠溶液的质量分数为1％，。使用醋酸调整溶液的pH至4.6，木材样品浸泡于脱木素溶液中的时长为12-24h。
进一步地，所述步骤1.3中每间隔6小时更换一次脱木素溶液，更换次数2-3次。
进一步地，所述步骤2中浸渍树脂溶液中的环氧基团和巯基基团的摩尔比为1:1，Sn(Oct)2与硫醇基团的摩尔比为5％。
进一步地，所述步骤3中制备浸入树脂的样品具体为：将脱木素样品放在烧杯底部，向烧杯中倒入足量浸渍树脂溶液，保证浸渍树脂溶液的液面明显超过脱木素样品，之后将烧杯置于真空干燥箱中，抽真空30min，关闭真空泵，静置30-60min得到浸入树脂的样品。
进一步地，所述步骤3中采用烘箱进行加热固化，烘箱温度60-120℃，加热时间10-12h。
进一步地，所述木材样品为巴沙木的板材。
一种形状可编辑透明木材，所述形状可编辑透明木材采用上述的方法制备得到。
与现有的技术相比，本发明的显著优点为：
(1)本发明通过对原始木材脱木素处理，并浸渍折射率相匹配的树脂溶液(树脂的折射率是常数，资料可查，木材脱木素得到纤维素骨架，纤维素的折射率约为1.5，因此树脂固化后折射率在1.5附近均可)，使木材透明，具有一定透光度；
(2)通过浸渍具有形状记忆功能的聚合物，使样品在热刺激下具有形状记忆功能；
(3)可通过高温重新自主编辑木材的原始形状；
(4)将形状记忆、形状编辑等智能特性与透明木材相结合，有效拓宽了透明木材的应用范围，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明形状可编辑透明木材展示图。
图2为本发明形状可编辑透明木材的可编辑形状记忆示意图。
具体实施方式
一种形状可编辑透明木材的制备方法，包括以下步骤：
1)将木材样品制备成规格尺寸，厚度严格控制在3mm内。
2)配置质量分数为1％的次氯酸钠溶液，并使用醋酸调整溶液的pH至4.6，获得脱木素溶液，将木材样品浸泡于80℃的脱木素溶液中数小时。
3)每间隔6小时更换一次脱木素溶液。
4)用热水清洗处理过的样品以去除样品中残留的化学品(次氯酸钠和醋酸)。
5)冷冻干燥清洗过的样品，获得脱木素样品。(木材主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其中木质素中含有发色基团和助色基团，是木材具有颜色的主要原因。脱木素处理可脱除掉木质素和半纤维素组分，得到白色的纤维素骨架，然后浸渍折射系数匹配的树脂后，可得透明木材。)
6)配置浸渍树脂溶液。将环氧树脂(E51)与三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸)酯(Tri-SH)及催化剂(Sn(Oct)2)混合并剧烈搅拌。保证环氧基团和巯基基团等摩尔比，Sn(Oct)2与硫醇基团的摩尔比为5％。(环氧树脂(E51)的环氧基团和三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸)酯(Tri-SH)在催化剂(Sn(Oct)2)作用下反应，可生成动态共价键，此动态共价键低温下稳定，而高温下进行交换反应，即平衡的断裂和生成行为，使得固化树脂具有温度响应的形状记忆等智能化的功能。)
7)将脱木素样品放在烧杯底部，向烧杯中倒入足量配置好的浸渍树脂溶液，保证浸渍树脂溶液的液面明显超过脱木素样品。
8)将整体装置(装有浸渍树脂溶液和脱木素样品的烧杯)置于真空干燥箱中，抽真空30min。关闭真空泵，静置一段时间，待树脂完全浸渍于脱木素木材孔隙结构中。
9)将浸入树脂的样品夹在两片聚四氟乙烯膜之间，并夹于两张玻璃片之间。用铝箔包裹装置(指浸入树脂的样品包裹于聚四氟膜、玻璃片、铝箔的体系)，放于烘箱加热固化。
10)将装置取出冷却后，即可获得具有可编辑形状功能的透明木材。
优选地，所述的木材为巴沙木的板材，横切面、纵切面均可。
优选地，所述步骤3)样品处理后的效果为：质地均匀且接近无色。
优选地，所述步骤8)中静置时长为30-60min，保证静置环境为干燥环境，避免环境湿度影响。
优选地，所述步骤9)中烘箱温度60-120℃，加热时间10-12h。
图1为本发明形状可编辑透明木材展示图，由图可知，采用本发明方法制备的厚度在1-3mm的透明木材具有较好的透明度。
图2为发明形状可编辑透明木材的可编辑形状记忆示意图，形状可编辑的透明木材有望代替曲面玻璃等应用在一些光学领域。
本发明所述透明木材，除具有良好的光学性能外，还具有冷诱导形状固定、热诱导形状恢复、可编程刺激响应性能和良好的循环性能，可拓宽透明木材在功能化、智能化透明材料的应用领域。
显然，如上所描述的实施例仅为本发明的部分实例，而不是全部的实施例。根据上述的发明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本发明技术思想的范围内进行多样的变更和修改，包括换热器结构大小的修改及所选材料的使用等。本发明的技术性范围也并不局限于说明书上所述内容，在工程实际应用中也必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种形状可编辑透明木材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将木材样品浸泡于脱木素溶液中制备脱木素样品；
步骤2：配置浸渍树脂溶液，将环氧树脂(E51)与三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸)酯(Tri-SH)及催化剂(Sn(Oct)2)混合并剧烈搅拌得到浸渍树脂溶液；
步骤3：将脱木素样品放入浸渍树脂溶液中制备浸入树脂的样品，将浸入树脂的样品夹在两片聚四氟乙烯膜之间，并夹于两张玻璃片之间，然后用铝箔包裹加热固化后取出冷却，获得具有形状可编辑透明木材。
2.根据权利要求1所述的形状可编辑透明木材的制备方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
步骤1.1：将木材样品制备成所需规格尺寸；
步骤1.2：配置预定质量分数的次氯酸钠溶液，并使用醋酸调整溶液的pH至预定值，获得脱木素溶液，将木材样品浸泡于80℃的脱木素溶液中数小时；
步骤1.3：每间隔预定时间更换一次脱木素溶液；
步骤1.4：用热水清洗浸泡处理过的木材样品；
步骤1.5：冷冻干燥清洗过的木材样品，获得脱木素样品。
3.根据权利要求2所述的形状可编辑透明木材的制备方法，其特征在于，所述步骤1.1中的木材样品的厚度在3mm以内。
4.根据权利要求2所述的形状可编辑透明木材的制备方法，其特征在于，所述步骤1.2中次氯酸钠溶液的质量分数为1％，。使用醋酸调整溶液的pH至4.6，木材样品浸泡于脱木素溶液中的时长为12-24h。
5.根据权利要求2所述的形状可编辑透明木材的制备方法，其特征在于，所述步骤1.3中每间隔6小时更换一次脱木素溶液，更换次数2-3次。
6.根据权利要求1-5任一项所述的形状可编辑透明木材的制备方法，其特征在于，所述步骤2中浸渍树脂溶液中的环氧基团和巯基基团的摩尔比为1:1，Sn(Oct)2与硫醇基团的摩尔比为5％。
7.根据权利要求6中所述的形状可编辑透明木材的制备方法，其特征在于，所述步骤3中制备浸入树脂的样品具体为：将脱木素样品放在烧杯底部，向烧杯中倒入足量浸渍树脂溶液，保证浸渍树脂溶液的液面明显超过脱木素样品，之后将烧杯置于真空干燥箱中，抽真空30min，关闭真空泵，静置30-60min得到浸入树脂的样品。
8.根据权利要求7中所述的形状可编辑透明木材的制备方法，其特征在于，所述步骤3中采用烘箱进行加热固化，烘箱温度60-120℃，加热时间10-12h。
9.根据权利要求5中所述的形状可编辑透明木材的制备方法，其特征在于，所述木材样品为巴沙木的板材。
10.一种形状可编辑透明木材，其特征在于，所述形状可编辑透明木材采用权利要求1-9中任一项所述的方法制备得到。
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