透明木及其制备方法、一种环保材料与流程

1.本发明涉及化工环保材料领域，具体涉及一种透明木及其制备方法、一种环保材料。


背景技术：

2.透明木是一种新型材料，是在天然木材的基础上经过去除木质素、填充透明树脂等工艺制备而成。透明木的抗弯、抗拉、耐腐蚀、耐候性等性能远远优于天然木材，大大扩展了木材的应用范围。透明木用作建筑玻璃时，相较于无机玻璃具有安全性高、隔热性好等优点；用于太阳能电池中，可提高太阳能电池的效率，是十分理想的建筑节能材料。
3.然而，现阶段透明木的制备工艺繁琐，继而透明木的应用难以推广。


技术实现要素：

4.鉴于上述现有技术的不足，本发明提出透明木及其制备方法、一种环保材料，旨在解决透明木的制备工艺繁琐的问题。
5.为实现上述目的，本发明提出一种透明木的制备方法，包括：1)取天然木材放入混合溶液中加热，得到第一中间产物，所述混合溶液包括过硫酸盐溶液和碱性溶液的混合液；2)将第一中间产物洗涤、漂白和浸泡，得到第二中间产物；3)将第二中间产物放入树脂中浸泡，后取出固化，得到透明木。
6.可选地，步骤1)所述的取天然木材放入混合溶液中加热之后，还加入漂白剂。
7.可选地，步骤1)中，所述过硫酸盐溶液混合前的质量分数为5％～10％。
8.可选地，步骤1)中，所述碱性溶液混合前的质量分数为5％～10％。
9.可选地，步骤1)中，所述加热条件为80～100摄氏度；和/或，加热时间大于48小时。
10.可选地，步骤2)中，所述漂白时间为2～4小时，和/或；所述浸泡时间为2～4小时。
11.可选地，步骤3)中，所述注入树脂的反应温度为50～70℃。
12.可选地，步骤3)中，所述放入树脂中浸泡的时间大于0.5小时，所述树脂包括环氧树脂。
13.为了实现上述目的，本发明还提出一种透明木，由上述的透明木的制备方法制备得到。
14.为了实现上述目的，本发明还提出一种环保材料，包括上述的透明木。
15.本发明的有益效果：本发明提供的透明木的制备方法采用价格低廉的试剂和低粘度的树脂制备透明木，选用过硫酸盐替换亚硫酸盐，并且制备过程简便，摒弃了传统制备方法，不需要微波工艺或真空干燥，以极低的成本制备了品相优异的产品，便于透明木材料由实验室走向工厂，进行大规模生产和应用。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他相关的附图。
17.图1为本发明所制备的透明木产物实物的透明效果图。
18.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
20.除非另有规定，本文使用的所有技术术语和科学术语具有要求保护主题所属领域的通常含义，所用试剂为工业纯或分析纯。
21.目前,透明木的抗弯、抗拉、耐腐蚀、耐候性等性能远远优于天然木材，大大扩展了木材的应用范围。
22.然而现阶段透明木的制备工艺繁琐，继而透明木的应用难以推广。
23.为解决上述问题，本发明提出一种透明木的制备方法，包括：
24.1)取天然木材放入混合溶液中加热，得到第一中间产物，所述混合溶液包括过硫酸盐溶液和碱性溶液的混合液；
25.具体地，优选杉木类结构酥松的木材，使试剂容易进入内部结构参与反应，木材的厚度优选为1～2mm，将天然木材表面清洗干净后放入氢氧化钠-过硫酸钾混合溶液中(naoh-k2s2o8)，反应为在80～100℃条件下加热48小时。所述第一中间产物是去除了木质素以后的天然木材。步骤1)反应结束后得到去木质素木材，作为第一中间产物。优选地，所述过硫酸盐为过硫酸钾，所述碱性溶液为氢氧化钠。过硫酸盐的作用是加速碱与木质素反应，过硫酸盐的加入可以有效提高木质素的降解速度，其产生的硫酸根自由基与木质素中的醛基发生反应，加速木质素降解。
26.2)将第一中间产物洗涤、漂白和浸泡，得到第二中间产物；
27.具体地，所述洗涤是要洗去第一中间产物上的氢氧化钠-过硫酸钾混合溶液，所用洗涤试剂为去离子水，洗至去离子水透明无色；所述漂白步骤是将洗涤后的第一中间产物放入漂白剂中浸泡，漂白剂优选为次氯酸钠，还可选为次氯酸钙、次氯酸钾、过氧化氢等；所述浸泡过程为将漂白过的第一中间产物放入无水乙醇中。步骤2)反应结束后得到处理完毕易于被树脂注入的去木质素木材作为第二中间产物。
28.3)将第二中间产物放入树脂中浸泡，后取出固化，得到透明木。
29.优选地，步骤1)所述的取天然木材放入混合溶液中加热之后，还加入漂白剂。随着反应进行，混合溶液颜色逐渐加深后不易观察反应程度可以逐滴加入次氯酸盐溶液减淡混合溶液颜色，直至溶液颜色变淡为止，该步骤能够使得反应持续进行无需更换溶液。
30.优选地，所述过硫酸盐溶液混合前的质量分数为5％～10％；优选地，所述碱性溶液混合前的质量分数为5％～10％。更优选地，氢氧化钠和过硫酸钾的质量分数浓度均为5％。
31.优选地，步骤1)中，所述加热条件为80～100摄氏度；和/或，加热时间大于48小时。
使得木质素去除完全，保证透明木的透明效果和抗拉强度。
32.优选地，所述漂白时间为2～4小时，和/或；所述浸泡时间为2～4小时，皆为使得前一步骤的试剂能够洗脱，从而保证透明木的透明效果。
33.优选地，步骤3)中，所述放入树脂中浸泡的反应温度为50～70℃。若注入温度过低，则树脂粘度较大，不易进入木材内部结构，从而占据木质素位置的树脂较少，透明度不高；若注入温度过高则固化反应加快，树脂还没进入木材内部结构就已经固化，不能起到透明的效果。
34.优选地，步骤3)中，所述放入树脂中浸泡的时间大于0.5小时，所述树脂包括环氧树脂，该步骤使得环氧树脂充分渗入第二中间产物中。
35.为了实现上述目的，本发明还提出一种透明木，由上述的透明木的制备方法制备得到。
36.为了实现上述目的，本发明还提出一种环保材料，包括上述的透明木。
37.以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
38.实施例1：
39.制备第一中间产物：将厚度为1mm的杉木块表面清洗干净后放入氢氧化钠-过硫酸钾混合溶液中(naoh-k2s2o8)，氢氧化钠和过硫酸钾的浓度质量分数均为5％，在80℃条件下加热48小时，时逐滴加入次氯酸钠溶液，直至溶液颜色变淡为止，取出，得到第一中间产物。
40.制备第二中间产物：将第一中间产物用去离子水洗涤，直至洗涤水无色透明，然后放入浓度为30％的次氯酸钠溶液中浸泡2小时，再取出放入无水乙醇中浸泡2小时，浸泡结束后取出，擦干表面的无水乙醇，得到第二中间产物。
41.制备透明木：将第二中间产物放入高透明的环氧树脂中，在50℃的环境下浸泡0.5小时，随后取出，放置自然环境下固化，得到透明木。
42.实施例2：
43.制备第一中间产物：将厚度为1mm的杉木块表面清洗干净后放入氢氧化钠-过硫酸钾混合溶液中(naoh-k2s2o8)，氢氧化钠和过硫酸钾的浓度质量分数均为5％，在90℃条件下加热48小时，时逐滴加入次氯酸钠溶液，直至溶液颜色变淡为止，取出，得到第一中间产物。
44.制备第二中间产物：将第一中间产物用去离子水洗涤，直至洗涤水无色透明，然后放入浓度为30％的次氯酸钠溶液中浸泡2小时，再取出放入无水乙醇中浸泡2小时，浸泡结束后取出，擦干表面的无水乙醇，得到第二中间产物。
45.制备透明木：将第二中间产物放入高透明的环氧树脂中，在60℃的环境下浸泡0.5小时，随后取出，放置自然环境下固化，得到透明木。
46.实施例3：
47.制备第一中间产物：将厚度为2mm的杉木块表面清洗干净后放入氢氧化钠-过硫酸钾混合溶液中(naoh-k2s2o8)，氢氧化钠和过硫酸钾的浓度质量分数均为10％，在80℃条件下加热55小时，时逐滴加入次氯酸钠溶液，直至溶液颜色变淡为止，取出，得到第一中间产物。
48.制备第二中间产物：将第一中间产物用去离子水洗涤，直至洗涤水无色透明，然后放入浓度为30％的次氯酸钠溶液中浸泡2小时，再取出放入无水乙醇中浸泡2小时，浸泡结束后取出，擦干表面的无水乙醇，得到第二中间产物。
49.制备透明木：将第二中间产物放入高透明的环氧树脂中，在70℃的环境下浸泡0.5小时，随后取出，放置自然环境下固化，得到透明木。
50.实施例4：
51.制备第一中间产物：将厚度为2mm的杉木块表面清洗干净后放入氢氧化钠-过硫酸钾混合溶液中(naoh-k2s2o8)，氢氧化钠和过硫酸钾的浓度质量分数均为5％，在100℃条件下加热48小时，时逐滴加入次氯酸钠溶液，直至溶液颜色变淡为止，取出，得到第一中间产物。
52.制备第二中间产物：将第一中间产物用去离子水洗涤，直至洗涤水无色透明，然后放入浓度为30％的次氯酸钙溶液中浸泡4小时，再取出放入无水乙醇中浸泡4小时，浸泡结束后取出，擦干表面的无水乙醇，得到第二中间产物。
53.制备透明木：将第二中间产物放入高透明的环氧树脂中，在60℃的环境下浸泡1小时，随后取出，放置自然环境下固化，得到透明木。
54.实施例5：
55.制备第一中间产物：将厚度为1.5mm的杉木块表面清洗干净后放入氢氧化钠-过硫酸钾混合溶液中(naoh-k2s2o8)，氢氧化钠和过硫酸钾的浓度质量分数均为5％，在90℃条件下加热48小时，时逐滴加入次氯酸钠溶液，直至溶液颜色变淡为止，取出，得到第一中间产物。
56.制备第二中间产物：将第一中间产物用去离子水洗涤，直至洗涤水无色透明，然后放入浓度为30％的过氧化氢溶液中浸泡3小时，再取出放入无水乙醇中浸泡3小时，浸泡结束后取出，擦干表面的无水乙醇，得到第二中间产物。
57.制备透明木：将第二中间产物放入高透明的环氧树脂中，在60℃的环境下浸泡1小时，随后取出，放置自然环境下固化，得到透明木。
58.实施例6：
59.制备第一中间产物：将厚度为1.5mm的杉木块表面清洗干净后放入氢氧化钠-过硫酸钾混合溶液中(naoh-k2s2o8)，氢氧化钠和过硫酸钾的浓度质量分数均为5％，在80℃条件下加热48小时，时逐滴加入次氯酸钠溶液，直至溶液颜色变淡为止，取出，得到第一中间产物。
60.制备第二中间产物：将第一中间产物用去离子水洗涤，直至洗涤水无色透明，然后放入浓度为30％的过氧化氢溶液中浸泡2小时，再取出放入无水乙醇中浸泡2小时，浸泡结束后取出，擦干表面的无水乙醇，得到第二中间产物。
61.制备透明木：将第二中间产物放入高透明的环氧树脂中，在50℃的环境下浸泡0.5小时，随后取出，放置自然环境下固化，得到透明木。
62.实施例7：
63.制备第一中间产物：将厚度为1mm的杉木块表面清洗干净后放入氢氧化钠-过硫酸钾混合溶液中(naoh-k2s2o8)，氢氧化钠和过硫酸钾的浓度质量分数均为10％，在95℃条件下加热48小时，时逐滴加入次氯酸钠溶液，直至溶液颜色变淡为止，取出，得到第一中间产物。
64.制备第二中间产物：将第一中间产物用去离子水洗涤，直至洗涤水无色透明，然后放入浓度为30％的次氯酸钠溶液中浸泡2小时，再取出放入无水乙醇中浸泡2小时，浸泡结
束后取出，擦干表面的无水乙醇，得到第二中间产物。
65.制备透明木：将第二中间产物放入高透明的环氧树脂中，在55℃的环境下浸泡0.5小时，随后取出，放置自然环境下固化，得到透明木。
66.实施例8：
67.制备第一中间产物：将厚度为1mm的杉木块表面清洗干净后放入氢氧化钠-过硫酸钾混合溶液中(naoh-k2s2o8)，氢氧化钠和过硫酸钾的浓度质量分数均为5％，在85℃条件下加热48小时，时逐滴加入次氯酸钠溶液，直至溶液颜色变淡为止，取出，得到第一中间产物。
68.制备第二中间产物：将第一中间产物用去离子水洗涤，直至洗涤水无色透明，然后放入浓度为30％的过氧化氢溶液中浸泡3小时，再取出放入无水乙醇中浸泡3小时，浸泡结束后取出，擦干表面的无水乙醇，得到第二中间产物。
69.制备透明木：将第二中间产物放入高透明的环氧树脂中，在65℃的环境下浸泡0.5小时，随后取出，放置自然环境下固化，得到透明木。
70.实施例9：
71.制备第一中间产物：将厚度为1.5mm的杉木块表面清洗干净后放入氢氧化钠-过硫酸钾混合溶液中(naoh-k2s2o8)，氢氧化钠和过硫酸钾的浓度质量分数均为5％，在95℃条件下加热48小时，时逐滴加入次氯酸钠溶液，直至溶液颜色变淡为止，取出，得到第一中间产物。
72.制备第二中间产物：将第一中间产物用去离子水洗涤，直至洗涤水无色透明，然后放入浓度为30％的次氯酸钠溶液中浸泡2小时，再取出放入无水乙醇中浸泡2小时，浸泡结束后取出，擦干表面的无水乙醇，得到第二中间产物。
73.制备透明木：将第二中间产物放入高透明的环氧树脂中，在55℃的环境下浸泡0.5小时，随后取出，放置自然环境下固化，得到透明木。
74.实施例10：
75.制备第一中间产物：将厚度为1.5mm的杉木块表面清洗干净后放入氢氧化钠-过硫酸钾混合溶液中(naoh-k2s2o8)，氢氧化钠和过硫酸钾的浓度质量分数均为5％，在85℃条件下加热48小时，时逐滴加入次氯酸钠溶液，直至溶液颜色变淡为止，取出，得到第一中间产物。
76.制备第二中间产物：将第一中间产物用去离子水洗涤，直至洗涤水无色透明，然后放入浓度为30％的次氯酸钠溶液中浸泡3小时，再取出放入无水乙醇中浸泡3小时，浸泡结束后取出，擦干表面的无水乙醇，得到第二中间产物。
77.制备透明木：将第二中间产物放入高透明的环氧树脂中，在65℃的环境下浸泡0.5小时，随后取出，放置自然环境下固化，得到透明木。
78.实施例11：
79.制备第一中间产物：将厚度为2mm的杉木块表面清洗干净后放入氢氧化钠-过硫酸钾混合溶液中(naoh-k2s2o8)，氢氧化钠和过硫酸钾的浓度质量分数均为10％，在95℃条件下加热55小时，时逐滴加入次氯酸钠溶液，直至溶液颜色变淡为止，取出，得到第一中间产物。
80.制备第二中间产物：将第一中间产物用去离子水洗涤，直至洗涤水无色透明，然后放入浓度为30％的次氯酸钠溶液中浸泡2小时，再取出放入无水乙醇中浸泡2小时，浸泡结
束后取出，擦干表面的无水乙醇，得到第二中间产物。
81.制备透明木：将第二中间产物放入高透明的环氧树脂中，在55℃的环境下浸泡1小时，随后取出，放置自然环境下固化，得到透明木。
82.实施例12：
83.制备第一中间产物：将厚度为2mm的杉木块表面清洗干净后放入氢氧化钠-过硫酸钾混合溶液中(naoh-k2s2o8)，氢氧化钠和过硫酸钾的浓度质量分数均为10％，在85℃条件下加热55小时，时逐滴加入次氯酸钠溶液，直至溶液颜色变淡为止，取出，得到第一中间产物。
84.制备第二中间产物：将第一中间产物用去离子水洗涤，直至洗涤水无色透明，然后放入浓度为30％的次氯酸钠溶液中浸泡2小时，再取出放入无水乙醇中浸泡2小时，浸泡结束后取出，擦干表面的无水乙醇，得到第二中间产物。
85.制备透明木：将第二中间产物放入高透明的环氧树脂中，在65℃的环境下浸泡1小时，随后取出，放置自然环境下固化，得到透明木。对比例1：
86.制备第一中间产物：将厚度为1mm的杉木块表面清洗干净后放入氢氧化钠-过硫酸钾混合溶液中(naoh-k2s2o8)，氢氧化钠和过硫酸钾的浓度质量分数均为5％，在80℃条件下加热48小时，时逐滴加入次氯酸钠溶液，直至溶液颜色变淡为止，取出，得到第一中间产物。
87.制备第二中间产物：将第一中间产物用去离子水洗涤，直至洗涤水无色透明，然后放入浓度为30％的次氯酸钠溶液中浸泡2小时，再取出放入无水乙醇中浸泡2小时，浸泡结束后取出，擦干表面的无水乙醇，得到第二中间产物。
88.制备透明木：将第二中间产物放入高透明的环氧树脂中，在15℃的环境下浸泡0.5小时，随后取出，放置自然环境下固化，得到透明木。
89.对比例2：
90.制备第一中间产物：将厚度为1mm的杉木块表面清洗干净后放入氢氧化钠-过硫酸钾混合溶液中(naoh-k2s2o8)，氢氧化钠和过硫酸钾的浓度质量分数均为5％，在80℃条件下加热48小时，时逐滴加入次氯酸钠溶液，直至溶液颜色变淡为止，取出，得到第一中间产物。
91.制备第二中间产物：将第一中间产物用去离子水洗涤，直至洗涤水无色透明，然后放入浓度为30％的次氯酸钠溶液中浸泡2小时，再取出放入无水乙醇中浸泡2小时，浸泡结束后取出，擦干表面的无水乙醇，得到第二中间产物。
92.制备透明木：将第二中间产物放入高透明的环氧树脂中，在85℃的环境下浸泡0.5小时，随后取出，放置自然环境下固化，得到透明木。
[0093][0094]
通过实施例的对比，可以看出，naoh-k2s2o3浓度对材料的拉伸强度有显著影响，naoh-k2s2o3混合溶液浓度越高，其对应的材料拉伸强度下降。这是因为高浓度的naoh-k2s2o3混合溶液对木质素的去除率较高，在一定范围内降低了材料的力学性能。
[0095]
通过实施例与对比例的对照，可以看出，树脂的温度以及浸泡时间对材料的拉伸强度有显著影响。当树脂温度处于15℃时，其材料的拉伸强度仅为24.6mpa，这是因为15℃时的树脂粘度较大，其浸入木材内部取代木质素的位置的树脂较少，树脂没有充分占据因去除木质素而剩下来的空间，木材内部结构没有改变，因此其拉伸强度较低；当树脂处于85℃时，树脂固化时间急剧缩短，树脂还没来得及浸入木材内部就已经开始固化，因此其材料的拉伸强度偏低。
[0096]
其他因素对材料力学性能也有一定的影响。如加热温度和加热时间、次氯酸钠的氧化时间等，从实施例中可以看出，加热温度越高加热时间越长，其材料的拉伸强度略微下降，这可能是因为加热温度越高，木质素去除率越高，在一定范围内，木质素的去除率和材料的力学性能成反比关系，因此随着加热温度和加热时间的增加，材料的力学性能下降。而次氯酸钠的浸泡时间也对材料的性能有一定影响。次氯酸钠强氧化性能将木材内部的色素漂白，而木质素内部的色素主要来源于木质素，除此之外，次氯酸钠能够在一定程度上破坏木材内部的结构，因此，次氯酸钠浸泡时间过长，会导致木材的力学性能下降。
[0097]
进一步地，通过比较实施例和对比例，能够直观地显示出本发明提供的透明木的抗拉强度更好，显而易见地，本发明提供的透明木的制备方法采用价格低廉的试剂和低粘度的树脂制备透明木，选用过硫酸盐替换亚硫酸盐，并且过程简便，摒弃了传统制备方法，不需要微波工艺或真空干燥，过程中仅需严格控制反应温度，便以极低的成本制备了性能
优异的产品，便于透明木材料由实验室走向工厂，进行大规模生产和应用。
[0098]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围。

技术特征：
1.一种透明木的制备方法，其特征在于，包括：1)取天然木材放入混合溶液中加热，得到第一中间产物，所述混合溶液包括过硫酸盐溶液和碱性溶液的混合液；2)将第一中间产物洗涤、漂白和浸泡，得到第二中间产物；3)将第二中间产物放入树脂中浸泡，后取出固化，得到透明木。2.如权利要求1所述的透明木的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的取天然木材放入混合溶液中加热之后，还加入漂白剂。3.如权利要求1所述的透明木的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述过硫酸盐溶液混合前的质量分数为5％～10％。4.如权利要求1所述的透明木的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述碱性溶液混合前的质量分数为5％～10％。5.如权利要求1所述的透明木的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述加热条件为80～100摄氏度；和/或，加热时间大于48小时。6.如权利要求1所述的透明木的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述漂白时间为2～4小时，和/或；所述浸泡时间为2～4小时。7.如权利要求1所述的透明木的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述放入树脂中浸泡的反应温度为50～70℃。8.如权利要求1所述的透明木的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述放入树脂中浸泡的时间大于0.5小时，所述树脂包括环氧树脂。9.一种透明木，其特征在于，由权利要求1～8所述的透明木的制备方法制备得到。10.一种环保材料，其特征在于，包括如权利要求9所述的透明木。

技术总结
本发明公开了一种透明木及其制备方法、一种环保材料。所述透明木的制备方法包括：1)取天然木材放入混合溶液中加热，得到第一中间产物，所述混合溶液包括过硫酸盐溶液和碱性溶液的混合液；2)将第一中间产物洗涤、漂白和浸泡，得到第二中间产物；3)将第二中间产物放入树脂中浸泡，后取出固化，得到透明木。所述透明物由上述方法制备得到。所述环保材料包括所述透明木。本发明提供的产品能够简化透明木的工艺流程。程。程。


技术研发人员：高育慧 李朗 郑卫国 张斌 张玉玮 周帅华 韦菁华 谭莉 孙林 谢小成
受保护的技术使用者：深圳文科园林股份有限公司
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/8/9