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CN116079851B - 一种可控去除木竹材内木质素的方法 - Google Patents

一种可控去除木竹材内木质素的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可控去除木竹材内木质素的方法，(1)制备纤维素凝胶水液：将纤维素与水混合，加热，搅拌均匀，配置成纤维素凝胶水液；(2)配置复合凝胶水液：将漂白剂溶解于纤维素凝胶水液中，室温搅拌均匀，得到复合凝胶水液；(3)将木竹材置于复合凝胶水液中浸泡，用无水乙醇清洗浸泡后的木竹材，制得可控去除木质素的木竹材。有效解决了传统漂白剂无法可控漂白的技术难题，适用于任意木竹材生物质材料，能将木竹材从表面到内部任意厚度层实现可控有序漂白，为木竹材表面精准功能化提供了技术保障。

Description

一种可控去除木竹材内木质素的方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种可控去除木竹材内木质素的方法。
背景技术
木竹材是由纤维素、半纤维素和木质素构成的天然高分子复合材料，具有绿色环保、强重比高、纹理优美等优点，在建筑家居领域得到广泛应用。尤其在当今世界，绿色可持续成为时代主题的背景下，大量应用以木竹材为代表的可再生可降解生物质资源，替代塑料等不可再生、不可降解的石化资源，具有推动人类社会可持续发展的重要意义。然而，在某些应用场景，难以直接使用木竹材，需要木竹材表面具有功能性，如湿刺激响应性、表面阻燃性、表面光电磁功能等，可通过表面暴露一定的纤维素进行裁剪设计，此时有必要将影响功能设计的木质素可控去除。
通常使用漂白剂可以有效去除木质素，如次氯酸钠、双氧水等，但直接使用这些漂白试剂难以可控地去除表面任意厚度层内的木质素，进而使木竹材表面的功能化难以定向设计。因此，开发一种从木竹材表面到内部任意厚度层的可控有序去除木质素的技术方法，对实现木竹材资源的高效、高值利用具有重要价值。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种可控去除木竹材内木质素的方法。为了解决现有漂白方法难以可控地去除表面任意厚度层内木质素的技术问题，本发明提供一种从木竹材表面到内部任意厚度层的可控有序去除木质素的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种可控去除木竹材内木质素的方法，包括以下步骤：
(1)制备纤维素凝胶水液：将纤维素与水混合，加热，搅拌均匀，配置成纤维素凝胶水液；
(2)配置复合凝胶水液：将漂白剂溶解于纤维素凝胶水液中，室温搅拌均匀，得到复合凝胶水液；
(3)将木竹材置于复合凝胶水液中浸泡，用无水乙醇清洗浸泡后的木竹材，制得可控去除木质素的木竹材。
作为优选，步骤(1)中，纤维素凝胶水液中纤维素的质量浓度为0.1-10％。
作为优选，步骤(1)中，加热温度为70-90℃。
作为优选，步骤(1)中，所述纤维素为纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的一种或多种。
作为优选，步骤(2)中，所述复合凝胶水液中漂白剂的体积分数为5-70％。
作为优选，步骤(2)中，所述漂白剂为次氯酸钠、双氧水、亚氯酸钠中的一种或多种。
纤维素凝胶水液复合漂白剂，能充分利用纤维素自身的高吸水特性及其形成的丰富网络结构，限定漂白剂与木竹材的接触速度，从而可控地从表面到内部有序去除木质素，实现木竹材的可控漂白。
本发明的有益效果：
本发明可控有序去除木质素的方法，有效解决了传统漂白剂无法可控漂白的技术难题，适用于任意木竹材生物质材料，能将木竹材从表面到内部任意厚度层实现可控有序漂白，为木竹材表面精准功能化提供了技术保障。
附图说明
图1：不同漂白时间下由木材表层向内在厚度方向上的分布曲线。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术所述，为了解决现有漂白方法难以可控地去除表面任意厚度层内木质素的技术问题，基于此，本发明提供一种可控去除木竹材内木质素的方法，包括以下步骤：
(1)制备纤维素凝胶水液：将纤维素与水混合，加热至70-90℃，搅拌均匀，配置成纤维素凝胶水液，纤维素凝胶水液中纤维素质量浓度为0.1-10％，纤维素为纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的一种或多种。
(2)配置复合凝胶水液：将漂白剂溶解于纤维素凝胶水液中，得到复合凝胶水液，复合凝胶水液中漂白剂的体积分数为5-70％，漂白剂为次氯酸钠、双氧水、亚氯酸钠中的一种或多种。
(3)将木竹材置于复合凝胶水液中浸泡，用无水乙醇清洗浸泡后的木竹材，制得可控去除木质素的木竹材。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。
实施例1
一种可控去除木竹材内木质素的方法，包括以下步骤：
(1)制备纤维素凝胶水液：将羟乙基纤维素与水共混，加热至80℃，搅拌均匀，配置成质量分数为5％的纤维素凝胶水液，呈透明、粘稠状态；
(2)配置纤维素/漂白剂复合凝胶水液：向步骤(1)所得的羟乙基纤维素凝胶水液中加入占凝胶液体积20％的NaClO原液，室温搅拌均匀，制得羟乙基纤维素/NaClO复合凝胶水液；
(3)将木竹材置于复合凝胶水液的上方，使木竹材下表面刚好接触凝胶水液，固定好该状态，此时下表面在室温下将以0.2mm/h的速度有序漂白；漂白处理5h时，木材表面层向内的去除木质素(即漂白)厚度约为1.0mm。通过计算漂白时间，可确定去木质素层的厚度。
用无水乙醇清洗浸泡后的木竹材，以去除内部残留的漂白剂，最终制得可控去除木质素的木竹材。
实施例2
一种可控去除木竹材内木质素的方法，包括以下步骤：
(1)制备纤维素凝胶水液：将纳米纤维素与水共混，加热至80℃，搅拌均匀，配置成质量分数1％的纤维素凝胶水液，呈透明、粘稠状态；
(2)配置纤维素/漂白剂复合凝胶水液：向步骤(1)所得的纳米纤维素凝胶水液中加入占凝胶液体积30％的NaClO原液，室温搅拌均匀，制得纳米纤维素/NaClO复合凝胶水液；
(3)将木竹材置于复合凝胶水液的上方，使木竹材下表面刚好接触凝胶水液，固定好该状态，此时下表面在室温下将以0.15mm/h的速度有序漂白；
用无水乙醇清洗浸泡后的木竹材，以去除内部残留的漂白剂，最终制得可控去除木质素的木竹材。
实施例3
一种可控去除木竹材内木质素的方法，包括以下步骤：
(1)制备纤维素凝胶水液：将纳米纤维素、羟丙基纤维素与水共混，加热至80℃，搅拌均匀，配置成质量分数3％的复合纤维素凝胶水液，呈透明、粘稠状态；其中，纳米纤维素占比1％，羟丙基纤维素占比2％；
(2)配置纤维素/漂白剂复合凝胶水液：向步骤(1)所得的复合纤维素凝胶水液中加入占凝胶液体积40％的双氧水原液，室温搅拌均匀，制得混合纤维素/双氧水复合凝胶水液；
(3)将木竹材置于复合凝胶水液的上方，使木竹材下表面刚好接触凝胶水液，固定好该状态，此时下表面在室温下将以0.1mm/h的速度有序漂白；通过计算漂白时间，可确定去木质素层的厚度；
用无水乙醇清洗浸泡后的木竹材，以去除内部残留的漂白剂，最终制得可控去除木质素的木竹材。
对比例1
一种去除木竹材内木质素的方法，包括以下步骤：
(1)配置体积分数20％的NaClO水溶液，室温搅拌均匀；
(2)将木竹材置于NaClO溶液的上方，使木竹材下表面刚好接触NaClO水溶液，固定好该状态，此时下表面在室温下将以不可控的方式漂白，在1h内可漂白厚度1～2mm，甚至大于3mm，这与木材表面各向异性结构有关系，受木材的表面微观结构差异影响较大，难以可控有序漂白木质素；
用无水乙醇清洗浸泡后的木竹材，以去除内部残留的漂白剂，最终制得不可控去除木质素的木竹材。
实验例
采用405nm激光波长下的激光共聚焦显微镜测试了实施例1在漂白0.5h、0.7h和1.5h条件下，木材厚度方向木质素的分布情况。
如图1所示，木材厚度方向上，自左向右的曲线中，木质素反映的荧光强度有明显差异；在经过0.5h的漂白后，在厚度方向上自左向右去除木质素约0.1mm厚度，酸不溶木质素含量降低了3.7％；在经过0.7h的漂白后，木质素去除约0.14mm，酸不溶木质素含量降低了5.1％；在经过1.5h的漂白处理后，在厚度方向上自左向右去除木质素约0.3mm厚度，酸不溶木质素含量降低了8.3％。可见，该条件下，可以有序地去除木材表面的木质素，实现漂白厚度的可控定制。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种可控去除木竹材内木质素的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备纤维素凝胶水液：将羟乙基纤维素与水共混，加热至80℃，搅拌均匀，配置成质量分数为5％的纤维素凝胶水液，呈透明、粘稠状态；
(2)配置复合凝胶水液：向步骤(1)所得的羟乙基纤维素凝胶水液中加入占凝胶液体积20％的NaClO原液，室温搅拌均匀，制得羟乙基纤维素/NaClO复合凝胶水液；
(3)将木竹材置于复合凝胶水液的上方，使木竹材下表面刚好接触凝胶水液，固定好该状态，此时下表面在室温下将以0.2mm/h的速度有序漂白；在经过0.5h的漂白后，在厚度方向上自左向右去除木质素0.1mm厚度，酸不溶木质素含量降低了3.7％；在经过0.7h的漂白后，木质素去除0.14mm，酸不溶木质素含量降低了5.1％；在经过1.5h的漂白处理后，在厚度方向上自左向右去除木质素0.3mm厚度，酸不溶木质素含量降低了8.3％；
用无水乙醇清洗浸泡后的木竹材，制得可控去除木质素的木竹材。
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