一种透明温感变色木材的制备方法 |
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| 申请号 | CN201710543231.0 | 申请日 | 2017-07-05 | 公开(公告)号 | CN107379182A | 公开(公告)日 | 2017-11-24 |
| 申请人 | 北京林业大学; | 发明人 | 曹金珍; 郭玺; 刘嘉慧; 王望; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种透明温感变色木材的制备方法，包括将木材脱除木质素、漂白和将含有变色粉的 树脂 浸注入木材内部，所述变色粉的粒径约为1-10μm，其在树脂中的 质量 百分含量为0.5％-2％。本发明方法得到的透明温感变色木材有较好的 力 学强度，还具有较高的透明度和变色功能，可代替普通玻璃在多领域应用，也可作为室内装饰或家具材料，还可以用于制备温感变色装饰品、 水 杯等，具有广阔的应用前景。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种透明温感变色木材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种透明温感变色木材的制备方法技术领域[0001] 本发明涉及木材加工技术领域，具体地说，涉及一种透明温感变色木材的制备方法。 背景技术[0002] 木材是由纤维素、半纤维素和木质素三大主要成分构成的具有多孔性结构的天然可再生高分子材料。其中纤维素由于其良好的力学性能而被广泛的用作增强材料、模板材料等；木质素具有丰富的官能团，可以用来制备木材或建筑胶黏剂，同时还能通过液化降解制得生物油和酚类化合物。利用木材的多孔性能，向木材中浸注改性剂可以获得高性能或多功能的木质复合材料，如乙酰化木材、磁性木材和木陶瓷等等。 [0003] 木材由于色素以及木质素中共轭体系的存在而表现出不同的颜色，人们利用工业制浆法脱除了木材中的木质素，完全漂白后用环氧树脂真空浸渍，最后得到了具有高透明度的木材，同时木材的力学性能也得到了较好的改善；现有技术还有通过脱除木质素、浸渍聚丙烯酸酯获得了高透明度的木材，同时还在透明木材中加入了CsxWO3纳米颗粒，最终制备了具有隔热功能的透明木材，以期应用于智能玻璃领域。 [0004] 透明木材作为一种全新的木质复合材料有着广阔的发展前景，它不仅使用了木材这种天然可再生的资源，还能够解决玻璃等无机透明材料的脆性问题。最重要的是它能在制备过程中添加各种改性剂或功能粒子丰富其功能性，目前透明木材的制备等相关研究处在初步阶段，还没有透明温感变色木材的报道，透明温感变色木材的制备工艺及其利用潜力亟待挖掘。 发明内容[0005] 本发明的目的是提供木材及一种透明温感变色其制备方法。 [0006] 本发明提供的一种透明温感变色木材的制备方法，包括如下步骤： [0007] (1)将木材脱除木质素； [0008] (2)漂白木材； [0009] (3)将木材浸没入含有温感变色粉的树脂中，抽真空浸渍，使树脂完全进入木材内部； [0010] (4)固化。 [0011] 步骤(1)所述木材为质地较软的木材，木材厚度为0.1-5mm。 [0012] 步骤(1)是将木材NaOH和Na2SO3的混合溶液中，煮沸12-24小时，之后用去离子水煮沸2-6小时去除残余药液；所述混合溶液中NaOH浓度2.5mol/L，Na2SO3浓度0.4mol/L。 [0013] 步骤(1)中每隔3-5小时换一次混合溶液。 [0014] 步骤(2)的漂白方法是将步骤(1)脱除木质素后的木材置于漂白溶液中，80-90℃水浴至木材变成均匀的白色，冲洗干净。 [0015] 所述漂白溶液为pH4.5，质量百分数为0.5-2％的亚氯酸钠溶液或2-3mol/L的过氧化氢溶液。 [0016] 优选地，所述漂白溶液为pH4.5，质量百分数为1％的亚氯酸钠溶液。 [0017] 步骤(3)所述树脂为环氧树脂、聚丙烯酸酯。抽真空浸渍时间为30-50min。 [0018] 步骤(3)所述温感变色粉粒径为＜50μm，其在树脂中的质量百分含量为0.5％-2％。 [0019] 所述温感变色粉粒径为1-10μm，其在树脂中的质量百分含量为0.5％-1％。优选地，温感变色粉在树脂中的质量百分含量为1％。 [0021] 步骤(4)的固化是在常温下固化，或者在30-50℃的烘箱中固化。 [0022] 本发明提供了上述制备方法得到的透明温感变色木材。 [0023] 本发明的有益效果在于，本发明利用各种物理及化学手段，在保证木材形状不受破坏的情况下脱除木材中的木质素和色素等发色物质，保留强度较好的纤维素，使木材变为白色，尽可能最大程度的增大木材内部孔隙，便于改性剂进入；利用韧性较好的透明树脂浸渍填充木材，在保证木材良好力学性能的基础上赋予其透明功能，同时树脂中混以具有温感变色功能的变色粉，使透明木材同时具有温感变色功能。本发明方法得到的透明温感变色木材有较好的力学强度，与未采用本发明方法处理的木材(原木)的力学强度相比，抗弯强度增加了53.3％，还具有较高的透明度和变色功能(不同温度下，木材的表面颜色随温度改变而变化，可代替普通玻璃在多领域应用，也可作为室内装饰或家具材料，还可以用于制备温感变色装饰品、水杯等，具有广阔的应用前景。附图说明 [0024] 图1为实施例1制得的温感变色透明木材中的变色粉在0～40℃范围内的变色情况图。 [0025] 图2为实施例1制得的温感变色透明木材随着温度增高的色差变化示意图。 [0026] 图3为实施例2制得的温感变色透明木材在10℃时的表面颜色。图中有word的图案为背景，以体现本发明方法制得的透明温感变色木材的透明度，以下图背景同此解释。 [0027] 图4为实施例2制得的温感变色透明木材在25℃时的表面颜色。 [0028] 图5为实施例2制得的温感变色透明木材在40℃时的表面颜色。 [0029] 图6为透明温感变色木材中的变色粉在0～40℃范围内的变色情况图。 [0030] 图7为实施例2制得的透明温感变色木材经200次冷热循环处理后与未处理的变色效果比较。 [0031] 图8为实施例2制得的温感变色透明木材随着温度增高的色差变化示意图。 [0032] 图9为实施例3方法处理后木材在40℃时的表面颜色。 具体实施方式[0033] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。 [0034] 本发明中涉及到的百分号“％”，若未特别说明，是指质量百分比。 [0035] 实施例1 [0036] 实验材料：1.5mm×50mm×20mm的杨木试件，环氧树脂AB胶(湖北永邦复合材料有限公司)，氢氧化钠(分析纯)，亚硫酸钠(分析纯)，亚氯酸钠(分析纯)，变色温度为28℃的深蓝色温感变色粉(深圳千色变新材料有限公司)。 [0037] 实验步骤： [0038] 1.将杨木试件放入NaOH(2.5mol/L)和Na2SO3(0.4mol/L)的混合溶液中，每隔4小时换一次药液，煮沸24小时，之后用去离子水煮沸6小时去除残余药液。 [0039] 2.将试件置于质量分数1％的亚氯酸钠溶液中，并用醋酸调节pH为4.5，之后置于80℃水浴加热，直至试件变成均匀的白色。用去离子水清洗后，置于酒精中保存。 [0040] 3.将0.5％的变色粉均匀分散到环氧树脂(液态)中，将试件没入树脂中，进行抽真空浸渍约50分钟。 [0041] 4.取出试件，置于40℃烘箱中直至完全固化。 [0042] 固化后获得的透明温感变色木材在15℃以下为深蓝色，不透明；在30℃以上略带白色，透明；在15～30℃时，升温过程中试件逐渐由深蓝色变透明，降温过程中逐渐由透明变为深蓝色。 [0043] 5.固化后获得的透明温感变色木材性能实验： [0044] (1)透明度。在常温下有较好的透明度，具有随温度变化而改变颜色的功能。在15℃以下为深蓝色，不透明；在30℃以上略带白色，透明；在15～30℃时，升温过程中试件逐渐由深蓝色变透明，降温过程中逐渐由透明变为深蓝色。 [0045] (2)变色情况。本实施例的透明温感变色木材在0～40℃范围内明显的变色效果，见图1。及其在各温度下的色差值(都以0℃为基准)，由图1可以看出透明温感变色木材随着温度变化，色差发生了明显的增大(见图2)，这说明其颜色变化明显，且能随温度变化而变化。 [0046] (3)力学性能。在经过树脂浸渍处理后，抗弯强度由30MPa增加到42Mpa(参照GB/T 1449-2005纤维增强塑料弯曲强度试验方法)。 [0047] (4)耐久性。经过200次冷热循环处理后，仍保持良好的变色功能，颜色与未处理试件差异性很小。 [0048] 实施例2 [0049] 实验材料：1.5mm×50mm×30mm的杨木试件，环氧树脂AB胶(湖北永邦复合材料有限公司)，氢氧化钠(分析纯)，亚硫酸钠(分析纯)，亚氯酸钠(分析纯)，变色温度为28℃的深蓝色温感变色粉(深圳千色变新材料有限公司)。 [0050] 实验步骤： [0051] 1.将杨木试件放入NaOH(2.5mol/L)和Na2SO3(0.4mol/L)的混合溶液中，每隔4小时换一次药液，煮沸12小时，之后用去离子水煮沸2小时去除残余药液。 [0052] 2.将试件置于质量分数1％的亚氯酸钠溶液中，并用醋酸调节pH为4.5，之后置于80℃水浴加热，直至试件变成均匀的白色。用去离子水清洗后，置于酒精中保存。 [0053] 3.将1％的变色粉均匀分散到环氧树脂中，将试件没入树脂中，进行抽真空浸渍约50分钟。 [0054] 4.取出试件，置于40℃烘箱中直至完全固化。 [0055] 本实施例的杨木(50mm×30mm×1.5mm)，未处理前木材抗弯强度为30MPa，经本发明上述方法处理后，抗弯强度(参照GB/T1449-2005纤维增强塑料弯曲强度试验方法)增加为46MPa。 [0056] 5.固化后获得的透明温感变色木材性能实验： [0057] (1)透明度。在常温下有较好的透明度，图3-图5显示本实施例得到的透明温感变色木材在不同温度下具有不同颜色，进而表明其在一定的温度范围内，具有随温度变化而改变颜色的功能。在15℃以下为深蓝色，不透明；在30℃以上略带白色，透明；在15～30℃时，升温过程中试件逐渐由深蓝色变透明，降温过程中逐渐由透明变为深蓝色。并且发现实施例1的木材与本实施例中1％的变色粉添加量相比，颜色分布不均，且颜色较浅，以本实施例1％的变色粉加入树脂中效果为最佳。 [0058] (2)变色情况。如图6所示，本实施例的透明温感变色木材在0～40℃范围内明显的变色效果。图8是试件的色差变化(各点都以0℃为基准)，透明温感变色木材色差随温度变化发生了明显的改变，说明其变色效果明显。 [0059] (3)力学性能。在经过树脂浸渍处理后，抗弯强度由30MPa增加到46MPa。 [0060] (4)耐久性。经过200次冷热循环处理后，仍保持良好的变色功能，颜色与未处理试件差异性很小。如图7，每个温度对应的上面材料为未处理的本实施例制得的透明温感变色木材，下面材料为经冷热处理后的本实施例制得的透明温感变色木材。 [0061] 实施例3对比例 [0062] 实验材料：1.5mm×50mm×20mm的杨木试件，环氧树脂AB胶(湖北永邦复合材料有限公司)，亚氯酸钠(分析纯)，变色温度为28℃的深蓝色温感变色粉(深圳千色变新材料有限公司)。 [0063] 实验步骤： [0064] 1.将杨木试件放入质量分数1％的亚氯酸钠溶液中，并用醋酸调节pH为4.5，之后置于80℃水浴加热，直至试件变成均匀的白色。用去离子水清洗后，置于酒精中保存。 [0065] 2.将0.5％的变色粉均匀分散到环氧树脂中，将试件没入树脂中，进行抽真空浸渍约50分钟。 [0066] 3.取出试件，置于40℃烘箱中直至完全固化。 [0067] 本实施例省略脱除木质素的步骤，结果发现虽然不进行木质素脱除也可将试件变为白色，但是最终试件的透明度不好，有较明显的白色不透明区域，见图9。 [0068] 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。 |
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