透明木材及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种透明木材以及其制备方法，所述透明木材包含至少一种聚合物和木材基材，当以克拉松木素测量时所述木材基材包含多于15％的木质素，并且所述透明木材具有至少60％的光学透射率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】透明木材及其制备方法专利
本专利技术涉及具有至少60％的光学透射率的透明木材以及制备这种透明木材的方法，其中所述透明木材包含至少一种聚合物和木材基材，以克拉松木素(Klasonlignin)测量，所述木材基材包含多于15％的木质素。
技术介绍
木材是迄今为止可再生资源中最重要的结构材料，并且其在很大程度上用于承重应用的构造中(J.Dinwoodie,ISBN0-419-23580-92000)。诸如高强度重量比、独特的多孔结构、广泛丰富、可再生性、环保特性和相对易加工性的特性是木材作为材料的一些优点。(Li,etal.,JournalofAppliedPolymerScience,119(2011)3207–3216)木材细胞壁中的定向纤维素微纤维是机械和结构功能的重要原因，而化学成分和分级结构为功能化和改性提供了巨大可能性。(R.E.Mark,Cellwallmechanicsoftracheids,JSTOR1967；Burgertetal.inInternationalMaterialsReviews,60(2015)431-450)木材的改性是一种保留木材的许多积极属性同时消除一些负面影响(诸如因湿气引起的裂缝和真菌侵袭)的方式，产生更牢固、更耐用和持久的材料，同时还可以根据具体需求定制。(C.A.S.HillISBN:0-470-02172-1)在InternationalMaterialsReviews,60(2015)431-450中Burgert等人的一篇最近综述中，讨论了木材作为功能材料基材的潜力。通过能够在细胞和细胞壁的水平上特异性地功能化木材，人们可以加入新的特性并且不可避免地将其沿着固有的分级结构升级到大规模工程材料应用的水平。(Keplinger,etal.,Actabiomaterialia,11(2015)256-263)在例如太阳能收集或其他透光应用(诸如窗户、光扩散器和显示屏)中，木材应用的一个限制是木材是不透明的。木材并非天然透明的原因之一是由于细胞壁组织与在直径在数十微米量级的纤维状管胞和导管细胞中心处的多孔腔空间之间的界面处的光散射。此外，木质素、单宁和其他树脂化合物通过发色团吸收光。(Pérezetal.,InternationalMicrobiology,5(2002)53-63；和Fink,Holzforschung-InternationalJournaloftheBiology,Chemistry,PhysicsandTechnologyofWood,46(1992)403-408)。Mülleretal.,JournalofPhotochemistryandPhotobiologyB:Biology,69(2003)97-105阐述了木质素占木材光吸收的80-95％。透明木材可以开启一类新的可能应用，其可将机械性能、高强度-重量比和韧性与良好的光学透射率结合起来。已制备透明木材用于木材形态学研究，并且已显示透明木材结合了功能性(光学透明度)特性与结构特性(机械)，并且在透光建筑应用中具有潜力。先前制备透明木材的方法是基于将基材去木质素随后用具有与木材基材相匹配的折射率的聚合物浸渍。Fink(Holzforschung-InternationalJournaloftheBiology,Chemistry,PhysicsandTechnologyofWood,46(1992))将木材用5％次氯酸钠水溶液处理1-2天以去除有色物质，包括木质素。Li,etal.(Biomacromolecules,17(2016)1358-1364)报告了用亚氯酸钠去木质素。木质素含量从25％左右显著降低至小于3％。MingweiZhuetal.(AdvancedMaterials,26(2016)5181-5187)通过在NaOH和Na2SO3溶液中煮随后进行过氧化氢(H2O2)处理去除木质素。然而，去木质素过程耗时并且不一定环保。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供以无需去木质素的绿色和工业可放大的方法制成的具有高透射率和任选具有高雾度的透明木材。本专利技术还提供了制备透明木材的方法，其中将木件漂白而不去木质素，随后将经漂白的木材基材用聚合物浸渍以获得透明木材。因此，本专利技术涉及包含木材基材和至少一种聚合物的透明木材，其中所述透明木材在波长为400-1000nm的电磁波谱中的波长下具有至少60％的光学透射率，并且其中以克拉松木素测量，所述木材基材包含多于15％的木质素。本专利技术还涉及制备这种透明木材的方法。附图简述图1：a)示出了经漂白的木材的亮度随用H2O2处理时间的变化的图，并与去木质素相比较，b-d)显示了原木(b)、H2O2处理的木材(c)和去木质素木材(d)的细胞壁结构的SEM-图像。图2：代表性的木质素结构，其是木材颜色的最主要贡献者以及两过程(NaClO2-和H2O2-过程)的主要产物(H.Carter,A.,Journalofchemicaleducation,1996,73,1068,TheChemistryofPaperPreservation:Part2,TheYellowingofPaperandConservationBleaching)。图3：a)TW-H2O2透明木材基材的光学透射率，内嵌小图是透明木材的照片；b)TW-H2O2的光学雾度，内嵌小图是在样品和下层纸之间有5mm间隙的TW-H2O2的照片。图4呈现了透明木材和玻璃的弯曲应力-应变曲线；图5呈现了TW-H2O2的SEM图像，证明了PMMA在木材腔空间中的分布。图6图示了木材的切向、径向和纵向。专利技术详述除非另有说明，否则本申请中使用的所有词语和缩写词应被解释为具有通常在相关领域中给出的含义。然而，为清楚起见，下面具体定义了一些术语。应注意，在本专利技术的多个方面或实施方式之一的上下文中描述的实施方式、特征或优点也可比照适用于本专利技术所有其他方面和实施例。在第一方面，本专利技术涉及包含木材基材和至少一种聚合物的透明木材，其中透明木材在波长为400-1000nm的电磁波谱内的波长下具有至少60％的光学透射率，并且其中当作为克拉松木素测量时，木材基材包含至少15％的木质素。透明木材的厚度可在用于制备透明木材的木材基材的径向、切向或纵向测量(参见图6)。纵向基本在平行于木纤维的方向上测量，而切向和径向则基本垂直于木纤维测量。本文中公开的术语“透明木材的厚度”是指透明木件的两个表面之间的距离，并且光透射穿过该距离。通常，入射光垂直于木件表面并透射通过该表面。然而，以非垂直的其他角度入射到表面上的光也可以透射。根据本专利技术的透明木材可具有至少0.3mm或至少0.5mm或至少1mm的厚度。大体上，透明木材的厚度的上限是用于制备透明木材的木材基材的可用厚度。适当地，透明木材的厚度可高达10mm且包括10mm，高达8mm且包括8mm，高达5mm且包括5mm，高达3mm且包括3mm。当主要与木纤维平行透射时，光较容易传播通过木材。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.透明木材，其包含木材基材和至少一种聚合物，其中所述透明木材在400-1000nm波长的电磁波谱中的波长下具有至少60％的光学透射率，并且其中当以克拉松木素测量时所述木材基材包含多于15％的木质素。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170329 SE 1750376-41.透明木材，其包含木材基材和至少一种聚合物，其中所述透明木材在400-1000nm波长的电磁波谱中的波长下具有至少60％的光学透射率，并且其中当以克拉松木素测量时所述木材基材包含多于15％的木质素。


2.根据权利要求1所述的透明木材，其在400-1000nm波长的电磁波谱中的波长下具有至少60％的雾度。


3.根据权利要求1或2所述的透明木材，其中光学透射率为至少70％。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的透明木材，其具有至少0.3mm的厚度。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的透明木材，其中聚合物具有1.3-1.7的折射率。


6.一种制备透明木材的方法，包括以下步骤：
a)提供至少一件木材基材；
b)添加漂白液以使木材基材中的发色团失活，从而获得包含至少15％木质素的经漂白的木材基材；
c)将(b)中获得的经漂白的木材基材用包含预聚物或单体或它们的组合的溶液浸渍，
d)使浸渍预聚物或单体...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y李，R罗贾斯，L伯格伦德，
申请(专利权)人：切卢特克股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE