[发明专利]木材及其制备方法

说明书

本发明涉及一种木材及其制备方法。木材的制备方法包括如下步骤：将天然木材浸入去木质素溶液中，充分反应之后得到去除至少部分木质素的天然木材；将去除至少部分木质素的天然木材浸入溶胀溶液中，充分反应之后得到溶胀的天然木材；以及将溶胀的天然木材浸入粘接剂溶液中，充分反应之后进行干燥处理，得到木材。上述木材的制备方法的工艺简单，先去除至少部分木质素，之后使纤维素纤维溶胀形成溶胀结构，最后粘接剂能够与木材纤维之间构筑化学键合力，增加了天然木材的纤维素纤维之间的内聚力，从而进一步提升木材的力学性能。此外，上述木材的制备方法得到的木材仅包括木质纤维素、少量木质素及微量添加的粘接剂分子，能够避免污染环境。

技术领域

本发明涉及生态材料技术领域，特别是涉及一种木材及其制备方法。

背景技术

现代社会长期以来一直致力于为建筑、交通、医疗器械、电子设备和航空航天等先进应用领域提供超轻、超强、超韧材料。遗憾的是，目前的高性能材料大多是不可再生和不可降解的，不能满足可持续发展的要求。而木材是植物通过光合作用自然合成的最广泛使用的可再生生物材料，由刚性细胞壁组成，包括了高强度纤维素纤维、嵌入植物基质的半纤维素和木质素。其独特的层次结构和纤维结构导致天然木材具有低密度、高模量、高强度、高韧性和低导热性等多方面的特点。近年来，人们致力于对复杂的木结构进行改造，以增加新的特殊功能，拓宽木材的应用领域，这些特性包括：透明性、电学特性、磁性能、激发响应性、生物吸附以及超级电容等。因此，这种天然而独特的材料有许多商业应用，可在一定程度上减轻对石油产品、钢材和混凝土材料的依赖。

实际上，天然植物纤维中结晶纤维素的抗拉强度为7.0GPa～7.8GPa，杨氏模量为110GPa～220GPa，比玻璃纤维、凯夫拉尔纤维和钢纤维的抗拉强度高。但对于含有微尺度纤维素纤维的天然木材来说，只获得了40MPa～150MPa的抗拉强度和3Gpa～12Gpa的杨氏模量，表明了其在生物合成过程中力学性能急剧下降，归其原因主要是天然木材纤维间结合力弱，无法发挥纤维间协同作用，以及天然材料本身的生长缺陷。针对此问题，近年来提出了一些将木材转化为高性能工程材料的方案：一种制备高性能木材的方案是木材纤维素与高分子的复合材料，将高分子树脂灌注到木材细胞腔内部，填充木材细胞空穴，但由于高分子树脂和木材纤维仍是两相分离的，并不能有效的发挥木材纤维和高分子树脂间的协同作用，材料的力学性能并没有大幅度提高，而且高分子树脂一般不可生物降解，造成环境污染；另一种方案是将木材脱木质素、随后机械热压致密化的方法，这种方法在一定程度上提高了材料的力学性能，但由于采用热压的方法导致材料在特定方向的性能降低，木材本身的各向异性也被进一步放大，而且材料制品的形状也受到了限制，不利于材料的广泛应用。

发明内容

基于此，有必要针对如何提升木材的力学性能同时避免污染的问题，提供一种木材及其制备方法。

一种木材的制备方法，包括如下步骤：

将天然木材浸入去木质素溶液中，充分反应之后得到去除至少部分木质素的天然木材；

将所述去除至少部分木质素的天然木材浸入溶胀溶液中，充分反应之后得到溶胀的天然木材；以及

将所述溶胀的天然木材浸入粘接剂溶液中，充分反应之后进行干燥处理，得到木材。

本发明技术方案的上述木材的制备方法的工艺简单，先去除至少部分木质素，之后使纤维素纤维溶胀形成溶胀结构，最后粘接剂能够与木材纤维之间构筑化学键合力，增加了天然木材的纤维素纤维之间的内聚力，从而进一步提升木材的力学性能。此外，本发明技术方案的木材的制备方法无需将高分子树脂灌注到木材细胞腔内部，制备得到的木材仅包括木质纤维素、少量木质素及微量添加的粘接剂分子，因此能够避免污染环境。本发明制备的木材作为一种具有优异力学性能的生态新材料，可广泛应用于建筑、交通、医疗器械、电子设备和航空航天等先进应用领域。

在其中一个实施例中，所述去木质素溶液选自氢氧化钠溶液、亚硫酸钠溶液、次氯酸钠溶液与双氧水溶液中的至少一种。