一种三元协同增强的木质重组材料的制备方法

本发明涉及一种三元协同增强的木质重组材料的制备方法。

背景技术：

1、近年来，为了减少人类对环境的影响，贯彻绿色、可持续发展的理念，人们们迫切需要开发出不使用任何胶粘剂的情况下，在复杂环境中能满足机械和耐候性的生物基材料。但如何在不添加胶粘剂的情况下制备出具有优异性能的木质重组材料是一个难题。普遍认为要通过对纤维素的微观界面设计来实现，但由于纤维素周围被木质素和半纤维素填充包围，难以直接对纤维素进行化学改性来实现多尺度的界面相互作用。因此，去除木材中木质素的需求推动了对纤维素微观界面设计的研究。

2、多年来专家学者已经研究并制备了多种仿珍珠母结构的复合材料，天然珍珠母由于其独特的“砖和砂浆”结构和丰富的界面相互作用，实现了强度与韧性的完美结合，也为材料微观界面的设计提供了思路。研究人员发现，对木材进行微观界面设计需要去除非纤维素成分以及热压实现致密化来达到预期性能，由于脱木质素使木材变得更多孔且间隙变大，然后在垂直于木材生长方向的100℃热压下，细胞壁完全坍塌，使高度排列的纤维素纳米纤维完全致密化，从而促进了纤维素纳米原纤维通过羟基之间的氢键相互作用。但由于氢键只能提供弱界面，对力学性能的改善有限，所以如果可以与强的共价键发挥协同作用，将会有效增强木质重组材料的机械性能。因此，提出一种新的技术策略，即合理地制备出一种含有氢键和共价键的三元协同增强的木质重组材料。

3、因此，利用天然速生杨木为原料，通过去除木质素以及部分半纤维素，然后在中性条件下对木材进行tempo氧化将纤维素羟基氧化为羧基，为后续浸渍硼砂和聚乙烯醇后的界面设计提供了条件。硼砂作为一种无机交联剂，在水解后会产生b(oh)4-，并可以交联纤维素和pva中的含氧基团形成c-o-b共价键，同时引入的聚乙烯醇具有丰富的羟基可以作为界面粘结的添加剂，提高了载荷的传递效率。最后将5层单板堆叠排列，在热压作用下形成致密的材料。因此，我们构建了一种以tempo氧化木材为“砖”，聚乙烯醇为“砂浆”的，由硼砂交联形成的氢键和共价键协同增强的木质重组材料。

技术实现思路

1、本发明旨在解决的问题是在不使用胶粘剂的情况下，提供一种简单的微观界面设计，利用速生杨木制备一种具有“砖和砂浆”结构的三元协同增强的木质重组材料。

2、本发明中木质重组材料的制备具体按下述步骤进行：

3、(1)脱木质素处理：将长宽厚分别为50mm×50mm×2mm的速生杨木浸在2wt％的亚氯酸钠溶液中，通过醋酸调节ph值调节至4.6，在80℃的水浴锅中加热10h，用去离子水冲洗3次。

4、(2)tempo氧化处理：将步骤(1)所得的脱木质素单板放入配置好的tempo氧化溶液中，在60℃的水浴锅中加热48h，用去离子水清洗至溶液呈中性。100ml tempo氧化溶液配置方法：在100ml 0.1mol/lpbs溶液中加入0.016g tempo，1.13gnaclo2和0.074gnaclo。最后将得到的tempo氧化单板在大气条件下干燥24h。

5、(3)三元协同增强的单板制备：将步骤(2)所得的tempo氧化单板在真空浸渍箱中浸渍在硼砂溶液中，然后再浸渍到聚乙烯醇溶液中,最后在大气条件下放置。

6、(4)三元协同增强的木质重组材料的制备：将步骤(3)所得的5个单板定向排列，堆叠后放在两层聚酰亚胺薄膜之间热压，最终得到具有“砖和砂浆”结构的三元协同增强的木质重组材料。

7、本发明以速生杨木为研究对象：由于传统木质重组材料使用胶粘剂会对环境造成影响，因此通过对木材进行化学处理以及微观界面的设计，处理后的木材引入了“砖和砂浆”结构，且实现了氢键和共价键协同增强，该工艺操作简便，成本低廉，适合工业化推广，还有利于提高速生木材的高效利用，同时为无胶粘剂粘结的木质重组材料提供了一种新的思路。

技术特征：

1.一种三元协同增强的木质重组材料，包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的三元协同增强的木质重组材料的制备方法，其特征在于：使用的木材为具有氢键和共价键的三元协同增强的单板。

3.根据权利要求1所述的三元协同增强的木质重组材料的制备方法，其特征在于：所述制备硼砂溶液中的硼砂浓度为5g/100ml,聚乙烯醇溶液中的聚乙烯醇浓度为1.5g/100ml。

4.根据权利要求1所述的三元协同增强的木质重组材料的制备方法，其特征在于：热压的最佳温度为110℃，时间为24h。

技术总结一种三元协同增强的木质重组材料的制备方法。本发明所要解决的技术问题在于，在不破坏木材原有的天然层次结构的前提下，对木材单板进行微观界面设计，使其具有三元协同增强的仿珍珠母“砖和砂浆”结构，最后在不适用任何胶粘剂的情况下，通过热压制备的一种新型木质重组材料。首先，对天然速生杨木进行脱木质素和TEMPO氧化处理，去除木材中的木质素并对纤维素进行改性，然后通过浸渍硼砂和聚乙烯醇溶液完成微观界面设计，使单板具有氢键和共价键协同增强的三元仿珍珠母“砖泥”结构。最后通过热压制备出具有仿珍珠母结构的三元协同增强的木质重组材料。技术研发人员：郭明辉,张浩受保护的技术使用者：东北林业大学技术研发日：技术公布日：2024/1/15