[发明专利]一种多孔隙结构功能型木质基材的制备方法

说明书

本发明是一种多孔隙结构功能型木质基材的制备方法。采用氯化胆碱和二元酸在60～90℃温度下加热0.5～2h合成低共熔溶剂(DES)，随后在60～120℃温度下浸渍处理木材4～10h以脱除木质素和半纤维素，再加入H₂O₂并用NaOH溶液调节pH值至9～11，最后通过冷冻干燥得到多孔隙结构木质基材。本发明的特点是制备工艺简单，环境友好，成本低，无后续处理问题；且得到的木质基材孔隙率高，孔结构分布合理，孔径适中，密度低，吸附性能优异；所用DES反应试剂可重复利用，脱除的木质素可回收，提高资源利用率。这种多孔隙结构功能型木质基材可根据不同需求做相应改性处理应用于建筑、医药、污水净化等各领域。

技术领域

本发明涉及木材功能改性领域，具体涉及一种多孔隙结构功能型木质基材制备方法的技术。

背景技术

近年来，人们对天然生物质材料的开发利用越来越重视，新型结构木材已成为当今研究热点。由于木材的特殊结构与组成，将木材选择性地去除木质素和半纤维素，破坏其薄壁细胞，保留三维的形态结构，从而构建多孔隙结构木质基材，是目前木材资源利用较为热门的研究方向。在已有的研究中，这类多孔隙结构木质基材可以制成木材海绵，应用于污水净化；也可以制成木膜吸附材料，吸附污水中的金属离子；还可以通过填充树脂制成透明木材，应用于家装建筑行业；或对其进行碳化处理，作为高性能应变传感器应用于人体运动或健康监测。因此，以多孔隙结构木材作为基材构建功能型复合材料，在建筑、电子器件、光电材料、仿生材料，乃至纺织材料等领域均具有巨大的潜在利用价值，可以为木质基复合材料的研究提供相应的技术支持。

目前制备多孔隙结构功能型木质基材较为常用的方法是氢氧化钠法和亚氯酸钠法。而利用氢氧化钠法制备的木质基材会存在尺寸易变形，孔隙分散不均，孔径差异较大等问题；若采用亚氯酸钠法制备则存在孔隙率较小，会产生污染气体等问题。且这两种方法处理时间较长、工艺复杂、存在污水处理等问题。因此迫切需要探寻一种处理过程环境友好、工艺简单、生产副产品可循环利用的方法，制备得到尺寸稳定性好、孔隙分散均匀、孔隙率高、性能优异的多孔隙结构功能型木质基材。

发明内容

本发明的目的：制备出一种多孔隙结构功能型木质基材，并使其保留木材轴向纤维，获得孔隙均匀、孔隙率高、孔结构分布合理、吸附性能优良的多孔隙结构木质基材，还可根据不同需求做相应改性处理，使其能够应用于建筑、医药、污水净化等各个领域，从而扩大了木材的应用范围，增加木质产品的附加值。本发明解决了以往所用的氢氧化钠法和亚氯酸钠法易造成环境污染等问题，同时DES体系原子利用率100％，可重复利用，无后续废水处理问题，环境友好，节约资源。从DES溶液中提取出溶解的木质素，可进一步开发利用，有利于可持续工业化生产。

本发明的技术解决方案：二元酸中的羧基氧所形成的氢键键能强，导致DES更容易打破半纤维素与纤维素之间的氢键以及木质素与碳水化合物之间的氢键，从而构建多孔隙结构功能型木质基材。同时氯化胆碱/二元酸DES属于酸性DES，能够很好地溶解分离木质素-碳水化合物复合体。

一种多孔隙结构功能型木质基材的制备方法及产品，按照以下步骤进行：

(1)将氯化胆碱和二元酸在60～90℃温度下加热0.5～2h，制得DES溶液；

(2)向步骤(1)中制得的DES溶液放入木材，浴比为1∶20，加热温度为60～120℃，加热时间为4h～10h；

(3)将步骤(2)中DES处理的木材样品取出，冷却后浸泡在有机溶剂中去除剩余反应液，浸泡时间为2h～6h；

(4)将步骤(3)中得到的脱除大量木质素和半纤维素的木材加入H₂O₂溶液，再逐滴缓慢滴加NaOH溶液至pH为9～11，将上述溶液在反应温度80～120℃加热反应2～6h；

(5)将步骤(4)中制得的木材浸泡在固液比为1∶5的无水乙醇或丙酮溶液中，交换木材中剩余反应液；