家具黑科技之透明木材(原创)

专栏投稿
2020
03/16
01:00
鲁班小编
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木材是地球上最丰富的有机高分子生物质材料,也是制作家具的主要材料之一,木材无韧性高、强度好,还具有美丽天然的花纹。目前家具木材主要是实木和人造板,现在很多学者和企业正在研究新型木材,来改善木材的容易干缩湿胀等缺陷,并且具有更加美丽的外观。

你能想象有一天会出现透明木头,甚至取代传统玻璃吗?透明木材最早是由德国学者Fink提出的,透明木材是一种轻质、美观、隔热的木质复合材料,集美观和实用于一体,是一种新颖的家具材料,在家具市场具有非常好的应用前景。

什么是透明木材?

透明木材是木材经过脱色和透明化处理后得到的材料,它通常是用脱木质素的木质纳米纤维素为骨架浸渍透明树脂制备而成。木材的不透明主要有两个原因导致,其一是木材中的木质素含有大量有色组分,这些组分让木材能够发色;其二是木材细胞壁物质的折射率和木材孔隙中空气的折射率相差较大,这使得光线传播时会在木材内部构造界面处发生折射、散射和反射,以至于不能穿过木材。

家具黑科技之透明木材(原创)

透明木材有什么优势?

(1)强度高。透明木材的强度比未处理的原木要高4至6倍,相比玻璃的强度更好。

(2)透光率高。透光率越高,物体越透明。研究表明,透明木材甚至比玻璃还能透过更多光线。影响透明木材透光率的因素主要是树脂与木质纤维素折射率没有完全匹配。

(3)易降解。木材本身就是生物质材料,具有可降解性,这使得透明木材的使用更加具有绿色环保特性。

(4)热导率低。透明木材能够吸收、储存和释放热量,不但能制作家具,还是很有潜力的新型低能耗建筑材料。

(5)朦胧感。透明木材的透明度可以通过添加聚乙二醇、丙烯酸等聚合物来调节来达到不同的朦胧感,且透明木材在释放热量后会变得有一些朦胧。

家具黑科技之透明木材(原创)

透明木材制备

透明木材的制备通过要经过脱色和透明化两大部分的处理。

(1)脱色处理。脱色处理是为了去除木材中吸光物质木质素,还能增加木材的孔隙率,为后续树脂的浸渍提供更多通道。木质素在木材细胞中起到支撑和粘结的作用,因此在去除木质素的同时要避免因木质素脱去而使木材分散成纤维,这是透明木材制备的难点之一。脱色方法主要有氯酸盐法、亚氯酸盐法、亚硫酸盐法、酶处理法。

次氯酸盐是常用的漂白剂,用它脱除木质素主要是氧化反应和氯化反应。亚氯酸盐脱木质素是在酸性条件下进行的,生成不稳定的亚氯酸,能与木质素作用并使其降解溶出。生物酶是通过酶来降解木质素来脱色的。

(2)透明化处理。木材在进行脱色处理后会呈现白色,还并没有透明。脱色之后保存在蒸馏水中,这时木材细胞壁的主要成分为纤维素和半纤维素,这些物质和木材间隙中的蒸馏水折射率相差较大,透明化处理主要是调整其折射率。首先对木材进行脱水,再向木材中的孔道内填充与纤维素折射率相近的树脂,浸渍、固化。

目前主要使用的脱水方法是使用无毒易挥发的有机溶剂对水进行1:1的置换,保证脱水后木材原有的形态不变,且孔道不收缩。

浸渍树脂要求本身透明无光吸收,与木纤维的折射率相近,且与母纤维有良好的相容性,主要使用的树脂包括环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡络烷酮等。

家具黑科技之透明木材(原创)

结语

新颖的透明木材会为家居行业注入新的血液,家居行业对于功能性材料的需求也与日俱增,透明木材不但美观且具有良好的透光性和较低的热导率,在家具、灯具、装饰墙板上都能够应用,并为我们带来全新的生活体验。

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透明木材
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