一种高强韧、透明、导电功能化木材的制备方法

本发明涉及一种高强韧、透明、导电功能化木材的制备方法。背景技术：1、近年来，随着工业化进程的不断加快和石油资源的日益匮乏，寻找绿色可再生的生物质资源替代石油化石资源制备多功能化学品成为亟需解决的问题。木材作为一种天然的有机高分子复合材料，不仅价格低廉、来源广泛，生物可降解，而且具有独特的多维结构、优异的机械强度、良好的可加工性和可控的表面化学特性，是制备可持续电子器件的最佳候选材料。开发性能优良、功能多样的木质新材料，对促进木材功能化利用、扩大应用范围、增加附加值具有重要意义。柔性电子器件作为现代科学技术进步的关键驱动力，在可穿戴设备，医疗保健，智能家居等多个领域扮演着重要。然而，原生木材中吸光组分(木质素和单宁)的存在以及木材细胞壁的折射率与空气的折射率不匹配等导致木材不透明，低韧性以及原生木材弱的极化能力和电中性等阻碍了其在可持续电子器件领域的应用，开发集优异的机械韧性，导电性于一体的功能化木材仍然具有重大挑战。因此，通过对木材进行原位修饰制备集优异的机械韧性，光学透明性和导电性于一体的功能化木材，不仅可以实现林木生物质资源的高值化利用，对进一步开发绿色环保的木基柔性电子器件具有十分重要的意义。技术实现思路1、发明目的：本发明的目的之一是提供一种功能化木材，该功能化木材具有优异的力学性能、机械韧性、光学透明性和导电性，可作为电极材料用于自供能可穿戴传感器，从而进一步提高木材的附加值，扩大其应用范围；本发明的目的之二是提供一种高强韧、透明、导电功能化木材的制备方法，具有操作简便、性能优异的特点。2、本发明提供了一种高强韧、透明、导电功能化木材的制备方法，包括以下步骤：3、(1)使用次氯酸钠、乙酸对天然木材进行脱木素处理，在30～50℃中反应24～72h，直至木材变为白色，用去离子水洗涤3～5次去除多余化学试剂，冷冻干燥后获得脱木素木材。4、(2)将甲基丙烯酸酐、4-二甲氨基吡啶按一定摩尔比例混合，加入脱木素木材于40～80℃中反应4～8h后，在30～50℃真空干燥4～6h得到改性木材。5、(3)将氯化胆碱、单体a按一定的摩尔比例加入80～110℃反应1～4h，再加入一定质量的光引发剂继续反应5～20min制备可聚合低共熔溶剂体系，改性木材在可聚合低共熔溶剂体系中进行减压浸渍1～3h。6、(4)将浸渍后木材在紫外灯下固化5～20min得到功能化木材。7、上述步骤(1)中，次氯酸钠的质量分数为1～5wt％，乙酸的质量分数2～5wt％，其中天然木材为杨木、巴沙木、椴木、松木、杉木的任一种。8、上述步骤(2)中，甲基丙烯酸酐与4-二甲氨基吡啶的摩尔比例为1∶1～5∶1。9、上述步骤(3)中，单体a为丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸、羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的任一种，光引发剂为2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、安息香二甲醚、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮中的任一种。氯化胆碱与单体a摩尔比例为[氯化胆碱]∶[单体a]＝1∶0.4～1∶4，光引发剂的质量为单体质量的1wt％～5wt％。10、有益效果：11、(1)本发明所涉及的高强韧、透明、导电功能化木材的制备方法，具有简单、高效、可持续的特点，原位修饰和可聚合低共熔溶剂体系处理后的功能化木材可以显著提高木材的机械性能和光学透过性，并且功能化木材的性能可以通过改变甲基丙烯酸酐的含量和可聚合低共熔溶剂体系的配比进行有效调控。12、(2)本发明所涉及的高强韧、透明、导电功能化木材作为一种新型的导电聚合物，在应变传感器及柔性可穿戴自供能传感器等领域具有重要的应用价值，对进一步提高木材的高值化利用具有重要意义，可进一步扩大木材的应用范围。技术特征：1.一种高强韧、透明、导电功能化木材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：技术总结本发明公开了一种高强韧、透明、导电功能化木材的制备方法，第一步：使用次氯酸钠、乙酸对天然木材进行脱木素处理，30～50℃中反应24～72h后获得脱木素木材。第二步：将甲基丙烯酸酐、4‑二甲氨基吡啶按一定摩尔比混合后加入脱木素木材，在40～80℃反应4～8h后获得改性木材。第三步：将氯化胆碱和单体A按一定摩尔比在80～110℃反应1～4h后，加入一定质量的光引发剂继续反应5～20min制备可聚合低共熔溶剂体系，改性木材在该体系中进行减压浸渍1～3h。第四步：将浸渍后木材在紫外灯下固化5～30min得到功能化木材。本发明可以简单、高效地制备具有共价‑非共价双交联网络的功能化木材，不仅具有高强韧、优异导电性和光学透明性，还可作为电极材料用于柔性自供能传感器。技术研发人员：卢传巍,贾倩倩,储富祥受保护的技术使用者：南京林业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15