一种能工业化生产和应用的纤维素骨架材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种能工业化生产和应用的纤维素骨架材料及其制备方法，所述材料包括纤维素和木质素，木质素含量为0.8%~10%，纤维素骨架材料保持原木骨架的固定外形尺寸，所述骨架材料的长度尺寸为1~50 cm，宽度尺寸为1~50 cm，厚度尺寸为0.01~5 cm，所述骨架材料的胞间质、细胞壁上形成微孔。所述方法包括漂白液配制、漂白液汽蒸/雾化及漂洗工序。本发明专利技术方保留原有的木材骨架，形成纤维素木材骨架材料。本发明专利技术纤维素骨架材料尺寸大、厚度厚、木质素含量0.8%～10%可调，灌入折射率匹配的环氧树脂后，能够得到相应尺寸、厚度透明木材，其透光率可达到90%，不仅透光性好，而且能够减少热量流失。

Cellulose skeleton material capable of industrial production and application and preparation method thereof

The invention discloses a cellulose skeleton material capable of industrialized production and application and a preparation method thereof. The material comprises cellulose and lignin, the lignin content is 0.8%~10%, the cellulose skeleton material maintains the fixed shape size of the log skeleton, the length size of the skeleton material is 1~50 cm, and the width size is 1~50 C. M, with a thickness of 0.01~5 cm, formed a micropore on the intercellular substance and cell wall of the skeleton material. The methods include bleaching liquid preparation, bleaching liquor vaporization / atomization and rinsing process. The invention retains the original wood skeleton to form cellulose wood skeleton material. The cellulose skeleton material of the invention has large size, thick thickness and adjustable lignin content of 0.8%-10%. After filling in epoxy resin with refractive index matching, the transparent wood with corresponding size and thickness can be obtained, and the light transmittance can reach 90%. The light transmittance is good and the heat loss can be reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种能工业化生产和应用的纤维素骨架材料及其制备方法
本专利技术属于材料工艺
，涉及一种多孔结构、使用方便的能工业化生产和应用的纤维素骨架材料及其制备方法。
技术介绍
木质基材料及其制品是日常生活和经济建设中用途最广泛的四大材料（钢材、水泥、木材和塑料）中唯一的生物类材料。虽然具有高强重比、易黏结、刚柔适中、可再生利用等优点，但由于天然木材具有在可见光范围内散射光的微米级孔道、木质素含量高达30%，木质素吸收可见光，导致大多数木材的在外观上不透明且具有一定的颜色。玻璃作为透光材料，被广泛应用作窗户、透明屋顶。有研究报道，用于加热或制冷建筑室内的能源，有1/3由于玻璃窗户的高导热性而失去。室内空调、照明光源所消耗的能源，占建筑总能源消耗的50%。由于经济的快速发展，我国建筑领域的能源需求在逐年增加，因此降低建筑领域的能源需求变得尤为重要。随着我国节能减排的持续推进，对可见光透明、低导热性能的木材基复合材料已成为近期研究热点。木质素的去除以及在木材多孔结构内填充与纤维素骨架折射率匹配的聚合物，是获得透明木材的两大关键步骤，其中木质素的去除至关重要。木质素不仅吸收可见光使得木材不透明，还起到“胶黏剂”作用，与半纤维素一起使得木材具有很强的机械强度。因此，高效去除木质素与完整保留原有木材纤维素骨架是两个自相矛盾的方面。也就是说，为了得到高透明度木材，木质素的含量必须尽可能降低。然而，随着木质素含量降低，剩余的纤维素骨架机械强度降低，导致其不能保持原有的木材骨架，易破碎，这使得现有的去除木质素方法不适于从大尺寸（大于10厘米）、超厚（厚度超过1厘米）木材中去除木质素。灌注与纤维素折射率匹配的聚合物后，难以得到满足要求的大尺寸、超厚透明木材。近年来，氢氧化钠、次氯酸钠、亚氯酸钠、双氧水、过氧乙酸、氯气、亚硫酸钠等在纸浆工艺中作为漂白剂的化学物质被众多科研工作者借鉴，成功从原木中直接去除木质素，获得纤维素骨架。瑞典的LasBerLund、美国马里兰大学的胡良兵分别通过NaClO2、NaOH/Na2SO3-H2O2去除木材中的木质素，木质素含量可以从原始木材的25%降低到2.5%。然后，在纤维素骨架内填充PMMA/环氧树脂作为木质素替代物，制备出透明木材。由于所制备的透明木材不仅可透过可见光，还具有远低于玻璃的导热性能，文中作者预测，所制备的透明木材有望代替建筑物中的玻璃用来降低建筑使用过程中的能源消耗（室内照明、取暖、制冷等）。经过上述技术路线得到的透明木材，尺寸和厚度都处于实验室级别，严重制约了透明木材的大面积工业化生产。例如，美国马里兰大学、上海大学的科研工作者，为了研究透明木材屋顶（8厘米x12厘米）、CsxWO3/透明木材窗户（30厘米x25厘米）的透光性、隔热性能，只能分别用厚度为0.5厘米的6块、42块小尺寸透明木材拼接而成，间接说明了现有的去除木质素方法难以应用于大尺寸、超厚木材。因此，研发一种大尺寸（大于10厘米x10厘米x1厘米）的能工业化生产和应用的纤维素骨架材料及其制备方法，在将木质素含量降低到低于1%的同时，还能保持原有的木材骨架，对于制备大尺寸、超厚透明木材复合材料，节能、透明建筑材料的研制都具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种能工业化生产和应用的纤维素骨架材料，第二目的在于提供一种能工业化生产和应用的纤维素骨架材料的制备方法。本专利技术的第一目的是这样实现的，包括纤维素和木质素，木质素含量为0.8%~10%，纤维素骨架材料保持原有木材的固定外形尺寸，所述骨架材料的长度尺寸为1~50cm，宽度尺寸为1~50cm，厚度尺寸为0.01~5cm，所述骨架材料的胞间质、细胞壁上形成微孔。本专利技术的第二目的是这样实现的，包括漂白液配制、漂白液汽蒸/雾化及漂洗工序，具体包括：A、漂白液配制：将漂白物质分散在水中，搅拌均匀，得漂白溶液，使漂白物质在溶液中的浓度为0.1～10mol/L；B、漂白液汽蒸/雾化：将待处理的木质基材置于网格上，网格放置于漂白剂溶液上方，将漂白溶液加热至40℃~100℃，或者超声、高压雾化，蒸汽/雾滴漂白0.2~48h，得漂白后的木质基纤维素骨架材料；C、漂洗：将工序B中得到的木质基纤维素骨架材料置于网格上，分别用去离子水和乙醇淋洗3-5次，纤维素骨架制作完成并浸入乙醇中保存备用。本专利技术纤维素骨架材料尺寸大、厚度厚、木质素含量可低至0.8%，原有木材骨架保留完好，灌入折射率匹配的环氧树脂后，能够得到相应尺寸、厚度透明木材，其透光率可达到90%，具有较高的推广应用价值，使用后不仅透光性好，而且能够减少由于室内外热对流所造成的能源损失。本专利技术方法首次采用汽蒸法/雾化法将木质基材中的木质素去除，并保留原有的骨架，形成纤维素骨架材料。灌入折射率匹配的聚合物后，纤维素骨架转变为透明木材复合材料。次氯酸钠、亚氯酸钠、双氧水、氯气等水溶性漂白物质被用作汽蒸/雾化漂白；水被用作溶剂。通过精确控制汽蒸/雾化漂白时间和液料比，分别将木质基样品去除木质素，形成相应大尺寸、超厚纤维素骨架材料，木质素含量可降低到0.8%，原来的骨架还被完整保留。真空辅助下，将与纤维素折射率匹配的环氧树脂灌注其中，成功得到相应尺寸、厚度透明木材，其透光率可达到90%。本专利技术所述去除木质素方法绿色、高效、工艺简单、原料利用率高、设备通用性好，便于进行规模化生产，所得骨架易于填充聚合物获得透明木材。附图说明图1为实施例1中2厘米厚木材汽蒸去木质素前（左）、后（中）及相应透明木材（右）的扫描电子显微镜（SEM）照片；图2为实施例1中2厘米厚木材汽蒸去木质素后木材纤维素骨架尺寸（左）和厚度（右）相机照片；图3为实施例2中汽蒸去木质素所得大尺寸透明木材相机照片，由于其透明度高，底部的英文单词（小四号）清晰可见。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明，但不得以任何方式对本专利技术加以限制，基于本专利技术教导所作的任何变更或改进，均属于本专利技术的保护范围。本专利技术的能工业化生产和应用的纤维素骨架材料包括纤维素和木质素，木质素含量为0.8%~10%，纤维素骨架材料保持原有固定外形尺寸。所述骨架材料的长度尺寸为1~50cm，宽度尺寸为1~50cm，厚度尺寸为0.01~5cm。所述骨架材料的胞间质、细胞壁上形成微孔。能工业化生产和应用的纤维素骨架材料的制备方法，包括漂白液配制、漂白液汽蒸/雾化及漂洗工序，具体包括：A、漂白液配制：将漂白物质分散在水中，搅拌均匀，得漂白溶液，使漂白物质在溶液中的浓度为0.1～10mol/L；B、漂白液汽蒸/雾化：将待处理的木质基材置于网格上，网格放置于漂白剂溶液上方，将漂白溶液加热至40℃~100℃，或者雾化成微米级雾滴，蒸汽/雾滴漂白0.2~48h，得漂白后的纤维素骨架材料；C、漂洗：将工序B中得到的纤维素骨架材料置于网格上，分别用去离子水和乙醇淋洗3-5次，纤维素骨架制作完成并浸入乙醇中保存备用。A步骤中漂白物质为亚氯酸钠、次氯酸钠、双氧水、过氧乙酸、氯气中的任一种。网格材质为玻璃、塑料、陶瓷中的任一种。B步骤中木质基材为木材、竹材或藤材中的任一种。B和C步骤中网格的孔径尺寸为0.1-3.0cm，网格离液面高度0.1-50cm。B步骤中的漂白蒸汽可通过加热漂白液产生。B步骤中的微本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能工业化生产和应用的纤维素骨架材料，其特征是：包括纤维素和木质素，木质素含量为0.8 % ~ 10 %，纤维素骨架材料保持原木骨架的固定外形尺寸，所述骨架材料的长度尺寸为1~50 cm，宽度尺寸为1~50 cm，厚度尺寸为0.01~5 cm，所述骨架材料的胞间质、细胞壁上形成微孔。

【技术特征摘要】
1.一种能工业化生产和应用的纤维素骨架材料，其特征是：包括纤维素和木质素，木质素含量为0.8%~10%，纤维素骨架材料保持原木骨架的固定外形尺寸，所述骨架材料的长度尺寸为1~50cm，宽度尺寸为1~50cm，厚度尺寸为0.01~5cm，所述骨架材料的胞间质、细胞壁上形成微孔。2.根据权利要求1所述的能工业化生产和应用的纤维素骨架材料的制备方法，其特征在于包括漂白液配制、漂白液汽蒸/雾化及漂洗工序，具体包括：A、漂白液配制：将漂白物质分散在水中，搅拌均匀，得漂白液，使漂白物质在溶液中的浓度为0.1～10mol/L；B、漂白液汽蒸/雾化：将待处理的木质基材置于网格上，网格放置于漂白液上方，将漂白液加热至40℃~100℃，或者超声、高压雾化，蒸汽/雾滴漂白0.2~48h，得纤维素骨架材料；C、漂洗：将工序B中得到的纤维素骨架材料置于网格上，分别用去离...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑荣波，郭雪莲，李华杨，
申请(专利权)人：西南林业大学，
类型：发明
国别省市：云南,53