一种具有光学调控功能的透明木头及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有光学调控功能的透明木头及其制备方法，包括透明木头基体、以及均匀分散在透明木头基体中的具有光学调控功能的无机颗粒，所述具有光学调控功能的无机颗粒选自纳米银、纳米氧化钒、纳米钨酸铯、纳米ATO和纳米ITO中的至少一种。本发明专利技术利用了透明木头高雾度的特点，增加了光线在透明木头基体内的传播通道，提高了相同浓度无机纳米颗粒的功能效益。

Transparent wood with optical control function and preparation method thereof

The invention relates to a transparent wood with optical control function and a preparation method thereof, including a transparent wood matrix and an inorganic particle with optical control function uniformly dispersed in the transparent wood matrix. The inorganic particle with optical control function is selected from nano silver, nano vanadium oxide, nano cesium tungstate and nano sodium tungstate. At least one species of rice ATO and nano ITO. The invention utilizes the characteristics of high fog of transparent wood, increases the transmission channel of light in transparent wood matrix, and improves the functional benefit of inorganic nanoparticles with the same concentration.

【技术实现步骤摘要】
一种具有光学调控功能的透明木头及其制备方法
本专利技术涉及一种复合材料的制备工艺，具体属于有机-无机复合的

技术介绍
植物的种类很多，木材的种类也五花八门。在过去的几千年里，木材一直被人们当作建材或燃料在使用。但涉及到木材的复合材料时，人们的研究才刚刚起步。木材的复合材料不但可以使低质木材、小直径木材、废旧木材及农业剩余物得以高效利用，而且具有鲜为人知的生态效应([1]李顺龙.森林碳汇问题研究.哈尔滨：东北林业大学出版社，2006)。2007年的日本，东京大学的Yano教授利用木质纤维与高分子聚合物复合，在实验室环境下制作了透明的高强度纸，这一技术跟造纸的工艺十分类似，该透明纸的可见光透过率基本与商用PET薄膜持平，弹性模量却是商用PET薄膜的4-5倍，断裂拉伸强度也能达到商用PET薄膜的2-3倍([2]H.Yano.(纳米级)Nanoscale.3(2011)71-85)。瑞典皇家理工大学的Lars教授最早提出了透明木头的概念，轰动了木材研究领域，打开了一扇新材料的天窗，他的灵感来自我国传统的造纸工艺，并在不含木质素的木质纤维素的孔隙中填充聚甲基丙烯酸甲酯，Lars教授在实验室制得的透明木头可见光透过率可达80％([3]B.Lars.(生物大分子)Biomacromolecules.17(2016)1358-1364)。同年，美国马里兰大学的华人科学家胡良兵教授利用环氧树脂填充去木质素木材的孔隙，由于环氧树脂的可见光折射率更接近木质纤维素纤维，环氧树脂填充后的复合材料的可见光透过率高达90％([4]L.Hu.(先进材料)Adv.Mater.28(2016)5181-5187)。然而，目前报道的透明木头材料仅具有高强度，高透明性和高雾度等优点，透明木头材料的功能化产品还有待进一步研究和开发。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有光学调控功能的透明木头及其制备方法。一方面，本专利技术提供了一种具有光学调控功能的透明木头，包括透明木头基体、以及均匀分散在透明木头基体中的具有光学调控功能的无机颗粒，所述具有光学调控功能的无机颗粒选自纳米银、纳米氧化钒、纳米钨酸铯、纳米ATO和纳米ITO中的至少一种。本专利技术首次将具有光学调控功能的无机颗粒与透明木头基体相结合，得到一种具有光学调控功能的透明木头。本专利技术利用了透明木头高雾度的特点，增加了光线在透明木头基体内的传播通道，提高了相同浓度无机纳米颗粒的功能效益。较佳地，所述具有光学调控功能的透明木头中具有光学调控功能的无机颗粒的含量为0.01～0.04wt％。在此范围内无机颗粒的加入不会影响透明木头基体的机械强度，再高浓度的无机颗粒会有团聚现象，在受到外力作用时形成应力集中，降低透明木头机械强度；再低浓度的无机颗粒，其光学调控功能效果不明显。较佳地，所述具有光学调控功能的无机颗粒的晶粒尺寸为10～50nm，在此范围内无机颗粒不会影响透明木头基体的可见光透过性能。较佳地，所述透明木头基体包括去木质素木头基体、以及分布于所述去木质素木头基体的孔隙结构中的高分子聚合物，所述高分子聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂或聚二甲基硅氧烷。另一方面，本专利技术还提供了一种如上述具有光学调控功能的透明木头的制备方法，包括：将具有光学调控功能的无机颗粒分散于高分子聚合物单体溶液中，得到分散液A；将所得分散液A注入所得去木质素木头基体中，然后引发去木质素木头基体中高分子聚合物单体发生聚合反应，得到所述具有光学调控功能的透明木头。本专利技术采用将具有光学调控功能的无机颗粒分散在高分子聚合物单体溶液后再注入去木质素木头中的方法得到具有光学调控功能的透明木头，生产工艺简单，对设备要求低。其中使用的主要原料为木头，成本低且可再生。所制备的复合材料具有非常高的强度，较好的透明性和特定的光学调控性能。较佳地，通过化学处理去除木头基体中的木质素，再经疏水亲油改性处理及干燥处理，得到去木质素木头基体。又，较佳地，所述化学处理为将木头基体置于化学试剂中在25～100℃下反应1～10小时，所述化学试剂选自双氧水、次氯酸钠和氢氧化钠的混合溶液和高氯酸中的至少一种。又，较佳地，所述疏水亲油改性处理为将化学处理后的去木质素木头基体浸入含有改性剂的溶液中反应12～24小时，所述含有改性剂的溶液中改性剂的浓度为0.01～0.1mol/L，所述改性剂为正十八硫醇、正十二硫醇或硬脂酸。又，较佳地，所述干燥处理为冷冻干燥、真空干燥或超临界干燥。较佳地，所述注入的方法为满细胞法或半限注法。所述满细胞法包括：将所述疏水亲油性去木质素木头基体置于容器中真空处理，再加入高分子聚合物单体溶液直至充满容器后解除真空；然后加压至1～3MPa直至高分子聚合物单体溶液的浸入量饱和，再经真空处理后恢复至常压。又，较佳地，所述真空处理的真空度为79～86kPa，时间为15分钟～2小时，优选为1～2小时。具体来说，将疏水亲油性去木质素木头基体置于处理罐中后进行真空处理，一般真空度为79～86kPa，保持15～60min。真空达到一定程度后开始加入高分子聚合物单体溶液，此时应保持真空度不变，以免高分子聚合物单体溶液注入不均；处理罐中充满高分子聚合物单体溶液后解除真空，并开始加压到最大压力(1～3MPa)，然后保持最大压力直至浸入量饱和为止。当压力解除后，高分子聚合物单体溶液会被木头内部少量存留的气体“反冲”，将高分子聚合物单体溶液排出后，处理罐还要再抽真空，通过回收木头表面的高分子聚合物单体溶液来填充木头中存在的孔隙。保持真空一段时间，解除真空。所述半限注法为：将所述疏水亲油性去木质素木头基体置于充满有高分子聚合物单体溶液的容器中，加压至1～3MPa直至高分子聚合物单体溶液的浸入量饱和，再经真空处理后恢复至常压。又，较佳地，所述真空处理的真空度为79～86kPa，时间为15分钟～2小时，优选为1～2小时。具体来说，将疏水亲油性去木质素木头基体置于处理罐中后充满高分子聚合物单体溶液，并开始加压到最大压力(1～3MPa)，然后保持最大压力直至浸入量饱和为止。当压力解除后，高分子聚合物单体溶液会被木头内部少量存留的气体“反冲”，将高分子聚合物单体溶液排出后，处理罐还要再抽真空，通过回收木头表面的高分子聚合物单体溶液来填充木头中存在的孔隙。保持真空一段时间，解除真空。较佳地，所述高分子聚合物单体溶液为甲基丙烯酸甲酯溶液、双酚A缩水甘油醚溶液或二甲基硅氧烷溶液。较佳地，通过紫外光照或在50-80℃下加热从而引发高分子聚合物单体发生聚合反应，所述紫外光照的功率为10～30W，时间为1～3小时。较佳地，所述分散液A中为无机颗粒的浓度为0.03～0.1wt％。本方法的优点在于所需原料成本低，工艺简单，易于批量生产。本专利技术制得的功能化透明木头材料强度高，透明性好，且具有光学调控性能。附图说明图1为实施例1中具有近红外屏蔽功能的透明木头的数码照片；图2为实施例1中具有近红外屏蔽功能的透明木头的光学透过率曲线；图3为实施例2中具有智能调温功能的透明木头的数码照片；图4为实施例2中具有智能调温功能的透明木头的光学透过率曲线；图5为实施例3中具有中远红外屏蔽功能的透明木头的数码照片；图6为实施例3中具有中远红外屏蔽功能的透明木头的光学透过率曲线；图7为实施例1-3中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有光学调控功能的透明木头，其特征在于，包括透明木头基体、以及均匀分散在透明木头基体中的具有光学调控功能的无机颗粒，所述具有光学调控功能的无机颗粒选自纳米银、纳米氧化钒、纳米钨酸铯、纳米ATO和纳米ITO中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种具有光学调控功能的透明木头，其特征在于，包括透明木头基体、以及均匀分散在透明木头基体中的具有光学调控功能的无机颗粒，所述具有光学调控功能的无机颗粒选自纳米银、纳米氧化钒、纳米钨酸铯、纳米ATO和纳米ITO中的至少一种。2.根据权利要求1所述具有光学调控功能的透明木头，其特征在于，所述具有光学调控功能的透明木头中具有光学调控功能的无机颗粒的含量为0.01～0.04wt%，优选为0.03～0.04wt%。3.根据权利要求1或2所述具有光学调控功能的透明木头，其特征在于，所述具有光学调控功能的无机颗粒的晶粒尺寸为10～50nm。4.根据权利要求1-3中任一项所述具有光学调控功能的透明木头，其特征在于，所述透明木头基体包括去木质素木头基体、以及分布于所述去木质素木头基体的孔隙结构中的高分子聚合物，所述高分子聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂或聚二甲基硅氧烷。5.一种如权利要求1-4中任一项所述具有光学调控功能的透明木头的制备方法，其特征在于，包括：将具有光学调控功能的无机颗粒分散于高分子聚合物单体溶液中，得到分散液A；将所得分散液A注入去木质素木头基体中，然后引发去木质素木头基体中高分子聚合物单体发生聚合反应，得到所述具有光学调控功能的透明木头。6.根据权利要求5中所述的制备方法，其特征在于，通过化学处理去除木头基体中的木质素，再经...

【专利技术属性】
技术研发人员：高彦峰，余子涯，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31