一种双单体共聚功能化的透明椴木复合材料制备方法技术

本发明专利技术涉及浸渍木材制备技术领域，尤其涉及一种双单体共聚功能化的透明椴木复合材料制备方法，包括如下步骤：S1，将椴木进行脱木质素处理得到椴木样品；S2，将S1中的椴木样品进行界面酰化处理；S3，将S2中酰化处理后的椴木样品进行脱水处理；S4，在DMF中加入配体和引发剂，在催化剂作用下，依次加入St和MMA，在S3脱水处理后的椴木样品中原位聚合渗透，得到St

【技术实现步骤摘要】
一种双单体共聚功能化的透明椴木复合材料制备方法


[0001]本专利技术涉及浸渍木材制备
，尤其涉及一种双单体共聚功能化的透明椴木复合材料制备方法。

技术介绍

[0002]木材具有优异的机械性能和各向异性，这主要取决于木材在微观上具有的复杂层次结构以及纤维素分子之间丰富的氢键作用，研究证明氢键的存在使得木材的力学性能增加了10倍以上。除此之外，其中复杂的孔隙结构以及结构中互补的三种化学成分也是影响木材性能的重要影响。这三种化学成分指具有高强度的纤维素、柔软且吸湿的半纤维素以及起主要支撑作用的酚类木质素结构。木材由于其优异的力学性能，经常用作建筑材料以及包装材料。
[0003]木材改性是近年来功能化木材研究的主流方向，对木材实现功能化以增强原有机械性能或增添新物理性能。Berglund等人通过在脱木质素木材管腔中渗透磁性Fe3O4纳米颗粒制备出磁性木材；Fu等人采用类似的方法在木材管腔中浸渍纳米粘土成功制备出防火木材；除此以外Zhang通过渗透熔融金属锂也实现了导电木材的制备。目前该方面的研究主要集中于木材脱木质素以及木材管腔渗透物的选择上，对于不同类型、不同性能的渗透物，木材复合物在各方面表现出的性质均存在较大差异。
[0004]目前已经报导的光学透明木材主要是通过填充折光系数相近的物质来制备。Zhu等人通过填充环氧树脂(n≈1.50)制备出拉伸强度高达23MPa的透明巴尔沙木，远高于天然巴尔沙木的拉伸强度(4.7MPa)28。Hu等人通过填充聚乙烯吡咯烷酮(PVP，n≈1.53)制备出雾度超过80％透明巴尔沙木。胡云楚等人通过甲基丙烯酸甲酯在木材中本体聚合制备玻璃化木材。胡连斌等人选择具有不同折射率的聚合物制备光学透明木材用于在GaAs薄膜太阳能电池的能量转换。林伟强等人通过树脂浸透木材制备透明隔热建筑材料。吴燕等人通过将木材叠加浸润在树脂中制备了多层透明木材。上述制备方法都只选择了一种聚合物用于木材透明和后续功能化。对于不同类型的渗透物，木材复合物表现出的力学性能和光学性能差异较大。
[0005]目前透明木材制备技术方面面临的主要问题是渗透物质的选择。木材中三种主要化学成分纤维素(n≈1.53)，半纤维素(n≈1.53)，木质素(n≈1.61)的折光系数是影响选择的关键，填充渗透物的折光系数需接近1.53才能达到光学透明的效果，以往制备透明木材复合物都是通过直接寻找折光系数匹配的物质，如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，水杨酸甲酯、苯甲酸苄酯等，这使得渗透物质的选择受到极大限制。

技术实现思路

[0006]为了解决上述至少一个技术问题，本专利技术提出由Cu(0)介导苯乙烯(St)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)聚合方法，制备出St
‑
MMA共聚物，并计算了该体系中两单体的竞聚率，并利用Lorentz
‑
Lorenz公式预测了该共聚物折光系数与St、MMA单体投料量间的关系，之后通过
低真空渗透方法让St
‑
MMA共聚物浸渍到脱木质素后椴木片的木细胞空腔中，利用聚合物与组织细胞中纤维素、半纤维素折光系数匹配的特性制备出在可见光范围内透光率高达63.27％的透明椴木复合物，解决了单一填充物的选择范围小的缺陷同时保留天然木材内部独有的密集通道结构的问题，另外也解决了传统建筑材料使用中易产生眩光效应的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种双单体共聚功能化的透明椴木复合材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0009]S1，将椴木进行脱木质素处理得到椴木样品；
[0010]S2，将S1中的椴木样品进行界面酰化处理；
[0011]S3，将S2中酰化处理后的椴木样品进行脱水处理；
[0012]S4，在DMF中加入配体和引发剂，在催化剂作用下，依次加入St和MMA，在S3脱水处理后的椴木样品中原位聚合渗透，得到St
‑
MMA共聚功能化的椴木样品；
[0013]S5，将S4中的椴木样品经碱液洗涤、冲洗处理以及真空干燥处理，即得透明椴木复合材料。
[0014]优选地，所述脱木质素处理包括如下步骤：
[0015]S1.1，将椴木干燥处理后，加入1
‑
1.5wt％的亚氯酸钠和醋酸盐缓冲液进行化学提取；
[0016]S1.2，提取后产物依次经去离子水、无水乙醇、丙酮洗涤试剂洗涤，洗涤后样品放入无水乙醇中备用。
[0017]优选地，所述化学提取温度为80.00
‑
90.00℃，提取时间8
‑
13h。
[0018]优选地，所述酰化处理包括如下步骤：
[0019]S2.1，量取体积比为7:6:100的醋酸酐、吡啶和N
‑
甲基吡咯烷(NMP)配置酰化溶液，放入脱木质素后的椴木样品；
[0020]S2.2，将S2.1中的椴木样品加入漂白剂中进行漂白处理；
[0021]S2.3，将漂白后的样品放入污水乙醇中备用。
[0022]优选地，所述酰化处理温度为70.00
‑
90.00℃；酰化时间为1
‑
4h。
[0023]优选地，所述漂白剂为亚氯酸钠；漂白时间为1.5h。
[0024]优选地，所述催化剂为Cu(0)，所述引发剂为DCAP，所述配体为五甲基二乙烯三胺。
[0025]优选地，所述共聚温度为25.00℃，共聚反应的时间为0.5
‑
1h。
[0026]优选地，所述S5中的碱液为NaOH或KOH，冲洗处理所用冲洗液为甲醇，。
[0027]优选地，所述真空干燥标准为：在干燥温度为50℃真空环境下，反复测定透明椴木重量至恒定。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0029]1.本专利技术使用两种折光系数不同的单体甲基丙烯酸甲酯(MMA，n≈1.41)和苯乙烯(St，n≈1.57)进行共聚，通过控制St和MMA的投料量来得到不同折光系数的共聚物，这种共聚合反应拓宽了光学透明木材复合物中渗透物的选择范围。本专利技术通过原位渗透聚合，工艺简洁，折光率可调，适用于多种不同结构的木材。
[0030]2.本专利技术对于厚度为1.0mm的椴木复合物，其透光率最高达到63.27％，表现出较
好的透光性，相比于透明纳米纤维纸其厚度要大得多(超过10倍)，而透光率仅略有降低。
[0031]3.本专利技术制备的透明椴木复合物在延性方面相较于天然椴木表现出较好的优异性，1.0mm椴木复合物最大应变为5.18％，远高于天然椴木1.31％的最大应变。
[0032]4.本专利技术所制备的透明木材复合物作为未来一种新型建筑材料，具有独特的导光效果，在一定程度上会削弱光线直射导致的眩光效应，这是传统玻璃所不具备的。
[0033]5.本专利技术制备的透明木材由于具有高透光率和雾度、优异的韧性、低导热系数、低密度和各向异性的光学和力学性能等特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双单体共聚功能化的透明椴木复合材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，将椴木进行脱木质素处理得到椴木样品；S2，将S1中的椴木样品进行界面酰化处理；S3，将S2中酰化处理后的椴木样品进行脱水处理；S4，在DMF中加入配体和引发剂，在催化剂作用下，依次加入St和MMA，在S3脱水处理后的椴木样品中原位聚合渗透，得到St
‑
MMA共聚功能化的椴木样品；S5，将S4中的椴木样品经碱液洗涤、冲洗处理以及真空干燥处理，即得透明椴木复合材料。2.根据权利要求1所述双单体共聚功能化的透明椴木复合材料制备方法，其特征在于，所述脱木质素处理包括如下步骤：S1.1，将椴木干燥处理后，加入1
‑
1.5wt％的亚氯酸钠和醋酸盐缓冲液进行化学提取；S1.2，提取后产物依次经去离子水、无水乙醇、丙酮洗涤试剂洗涤，洗涤后样品放入无水乙醇中备用。3.根据权利要求2所述双单体共聚功能化的透明椴木复合材料制备方法，其特征在于，所述化学提取温度为80.00
‑
90.00℃，提取时间8
‑
13h。4.根据权利要求1所述双单体共聚功能化的透明椴木复合材料制备方法，其特征在于，所述酰化处理包括如下步骤：S2.1，量取体积比为7:6:100的醋酸酐、吡啶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晋芳，王泽宇，牟天成，孙照楠，
申请(专利权)人：中国人民大学，
类型：发明
国别省市：