[发明专利]一种具有光学调控功能的透明木头及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有光学调控功能的透明木头及其制备方法，包括透明木头基体、以及均匀分散在透明木头基体中的具有光学调控功能的无机颗粒，所述具有光学调控功能的无机颗粒选自纳米银、纳米氧化钒、纳米钨酸铯、纳米ATO和纳米ITO中的至少一种。本发明利用了透明木头高雾度的特点，增加了光线在透明木头基体内的传播通道，提高了相同浓度无机纳米颗粒的功能效益。

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备工艺，具体属于有机-无机复合的技术领域。

背景技术

植物的种类很多，木材的种类也五花八门。在过去的几千年里，木材一直被人们当作建材或燃料在使用。但涉及到木材的复合材料时，人们的研究才刚刚起步。木材的复合材料不但可以使低质木材、小直径木材、废旧木材及农业剩余物得以高效利用，而且具有鲜为人知的生态效应([1]李顺龙.森林碳汇问题研究.哈尔滨：东北林业大学出版社，2006)。

2007年的日本，东京大学的Yano教授利用木质纤维与高分子聚合物复合，在实验室环境下制作了透明的高强度纸，这一技术跟造纸的工艺十分类似，该透明纸的可见光透过率基本与商用PET薄膜持平，弹性模量却是商用PET薄膜的4-5倍，断裂拉伸强度也能达到商用PET薄膜的2-3倍([2]H.Yano.(纳米级)Nanoscale.3(2011)71-85)。瑞典皇家理工大学的Lars教授最早提出了透明木头的概念，轰动了木材研究领域，打开了一扇新材料的天窗，他的灵感来自我国传统的造纸工艺，并在不含木质素的木质纤维素的孔隙中填充聚甲基丙烯酸甲酯，Lars教授在实验室制得的透明木头可见光透过率可达80％([3]B.Lars.(生物大分子)Biomacromolecules.17(2016)1358-1364)。同年，美国马里兰大学的华人科学家胡良兵教授利用环氧树脂填充去木质素木材的孔隙，由于环氧树脂的可见光折射率更接近木质纤维素纤维，环氧树脂填充后的复合材料的可见光透过率高达90％([4]L.Hu.(先进材料)Adv.Mater.28(2016)5181-5187)。然而，目前报道的透明木头材料仅具有高强度，高透明性和高雾度等优点，透明木头材料的功能化产品还有待进一步研究和开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有光学调控功能的透明木头及其制备方法。

一方面，本发明提供了一种具有光学调控功能的透明木头，包括透明木头基体、以及均匀分散在透明木头基体中的具有光学调控功能的无机颗粒，所述具有光学调控功能的无机颗粒选自纳米银、纳米氧化钒、纳米钨酸铯、纳米ATO和纳米ITO中的至少一种。

本发明首次将具有光学调控功能的无机颗粒与透明木头基体相结合，得到一种具有光学调控功能的透明木头。本发明利用了透明木头高雾度的特点，增加了光线在透明木头基体内的传播通道，提高了相同浓度无机纳米颗粒的功能效益。

较佳地，所述具有光学调控功能的透明木头中具有光学调控功能的无机颗粒的含量为0.01～0.04wt％。在此范围内无机颗粒的加入不会影响透明木头基体的机械强度，再高浓度的无机颗粒会有团聚现象，在受到外力作用时形成应力集中，降低透明木头机械强度；再低浓度的无机颗粒，其光学调控功能效果不明显。

较佳地，所述具有光学调控功能的无机颗粒的晶粒尺寸为10～50nm，在此范围内无机颗粒不会影响透明木头基体的可见光透过性能。

较佳地，所述透明木头基体包括去木质素木头基体、以及分布于所述去木质素木头基体的孔隙结构中的高分子聚合物，所述高分子聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂或聚二甲基硅氧烷。

另一方面，本发明还提供了一种如上述具有光学调控功能的透明木头的制备方法，包括：

将具有光学调控功能的无机颗粒分散于高分子聚合物单体溶液中，得到分散液A；

将所得分散液A注入所得去木质素木头基体中，然后引发去木质素木头基体中高分子聚合物单体发生聚合反应，得到所述具有光学调控功能的透明木头。