一种荧光透明磁性木材的制备方法与流程

本发明涉及荧光透明磁性木材的制备方法。

背景技术：

木材作为工业和生活用材，与国民经济建设和人类生活息息相关，并具有很多优良的品质。然而，木材作为一种生物质材料，其并不具有透明性、磁性和荧光性能。如今，随着材料科学的发展，功能单一的材料已经不能满足社会生产要求，多功能的、新型的生物质材料日益显露出广阔的应用前景，被世界范围内的科研工作者所关注。

技术实现要素：

本发明要解决现有木材不透明、无磁性，且无荧光性能的问题，而提供一种荧光透明磁性木材的制备方法。

一种荧光透明磁性木材的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、木材脱去木质素：

将厚度为0.1mm～20mm的木材浸入到盛有浓度为0.1mol/L～10mol/L的次氯酸钠溶液的反应器中，得到反应体系，然后加入冰乙酸调节反应体系pH至1～7，密封反应器，将反应器置于温度为70℃～200℃的条件下，蒸煮1h～52h，冷却至室温，然后向反应器中加入浓度为0.1mol/L～10mol/L的双氧水，在温度为70℃～200℃的条件下，继续蒸煮1h～52h，冷却至室温，取出反应后的木材，在温度为50℃～200℃的条件下，将反应后的木材真空干燥1h～52h，得到脱去木质素的木材；

所述的浓度为0.1mol/L～10mol/L的双氧水与浓度为0.1mol/L～10mol/L的次氯酸钠溶液的体积比为1:10；

二、制备荧光磁性纳米粒子：

①、将三氧化二钇、稀土元素及酸性溶液A混合，并在温度为70℃～200℃的条件下，搅拌1min～60min，得到混合物A；

步骤二①中所述的稀土元素为三氧化二铕或三氧化二镝；步骤二①中所述的酸性溶液A为质量百分数为1％～99％的硫酸或质量百分数为1％～99％的硝酸；

所述的三氧化二钇与稀土元素的质量比为100:(1～100)；所述的三氧化二钇的质量与酸性溶液的体积比为0.01g:(10～1000)mL；

②、向混合物A中加入偏钒酸铵和柠檬酸，并用酸性溶液B调节pH至1～7，然后在温度为70℃～200℃的条件下，搅拌1min～60min，搅拌后放置于烘箱中，在温度为70℃～200℃的条件下，干燥1h～48h，得到固体B；

所述的混合物A的体积与偏钒酸铵质量比为1mL:(0.001～0.1)g；所述的混合物A的体积与柠檬酸的质量比为1mL:(0.01～10)g；

步骤二②中所述的酸性溶液B为质量百分数为1％～98％的硫酸或质量百分数为1％～98％的硝酸；

③、将固体B研磨并置于管式炉中，在空气气氛下，将研磨后的固体B加热至温度为200℃～500℃，在温度为200℃～500℃的条件下，反应1h～10h，然后在空气气氛下，将温度由200℃～500℃升温至800℃～1200℃，并在温度为800℃～1200℃的条件下，反应1h～10h，得到荧光纳米粒子C；

④、将含有Fe³⁺的盐、含有Fe²⁺的盐与水混合，得到含有Fe³⁺和Fe²⁺的混合溶液，将荧光纳米粒子C加入到含有Fe³⁺和Fe²⁺的混合溶液中，并用碱性溶液调节pH为7～14，最后在温度为70℃～200℃的条件下，水热反应1h～48h，得到磁性荧光纳米粒子；

所述的含有Fe³⁺的盐与荧光纳米粒子C的质量比为(1～20):1；所述的含有Fe³⁺和Fe²⁺的混合溶液中含有Fe³⁺的盐浓度为0.01mol/L～10mol/L；所述的含有Fe³⁺和Fe²⁺的混合溶液中含有Fe²⁺的盐浓度为0.01mol/L～10mol/L；

步骤二④中所述的碱性溶液为浓度为1.0×10^-4mol/L～10mol/L的氢氧化钠或质量百分数为1％～25％的氨水；

三、制备荧光透明磁性木材：

①、将树脂与固化剂混合，然后在温度为30℃～100℃的条件下，预固化1min～30min，得到预固化的透明树脂，将磁性荧光纳米粒子与预固化的透明树脂混合并搅拌，得到混合物D，将脱去木质素的木材浸入到混合物D中，将浸有木材的混合物D置于真空干燥箱中；

步骤三①中所述的树脂为聚甲基丙烯酸甲酯或环氧树脂；步骤三①中所述的固化剂为偶氮二异丁腈或脂环族固化剂；

所述的树脂与固化剂的质量比为1:(0.01～1)；所述的磁性荧光纳米粒子与预固化的透明树脂的质量比为(1～20):1000；

②、将真空干燥箱抽真空至10MPa～500MPa，并在10MPa～500MPa的条件下，保持1min～10min，保持后放气；

③、重复步骤三②1次～10次，取出抽真空后的木材，并在温度为50℃～100℃的条件下，干燥10h～24h，得到荧光透明磁性木材。

本发明的有益效果是：本发明荧光透明磁性木材制备方法，原料来源广泛，操作简单。得到的荧光透明磁性木材具有透明性、合适的磁性和优异的荧光性能，其透光率达到80％，能够被条形磁性吸引，在紫外灯激发下能够发出荧光。

本发明用于一种荧光透明磁性木材的制备方法。

附图说明

图1为实施例一制备的荧光透明磁性木材的宏观照片；

图2为实施例一制备的荧光透明磁性木材在紫外灯激发下的宏观照片；

图3为实施例一制备的荧光透明磁性木材被外界磁铁吸引的宏观照片；

图4为实施例一制备的荧光透明磁性木材的紫外透过率。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式所述的一种荧光透明磁性木材的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、木材脱去木质素：

将厚度为0.1mm～20mm的木材浸入到盛有浓度为0.1mol/L～10mol/L的次氯酸钠溶液的反应器中，得到反应体系，然后加入冰乙酸调节反应体系pH至1～7，密封反应器，将反应器置于温度为70℃～200℃的条件下，蒸煮1h～52h，冷却至室温，然后向反应器中加入浓度为0.1mol/L～10mol/L的双氧水，在温度为70℃～200℃的条件下，继续蒸煮1h～52h，冷却至室温，取出反应后的木材，在温度为50℃～200℃的条件下，将反应后的木材真空干燥1h～52h，得到脱去木质素的木材；

所述的浓度为0.1mol/L～10mol/L的双氧水与浓度为0.1mol/L～10mol/L的次氯酸钠溶液的体积比为1:10；

二、制备荧光磁性纳米粒子：

①、将三氧化二钇、稀土元素及酸性溶液A混合，并在温度为70℃～200℃的条件下，搅拌1min～60min，得到混合物A；

步骤二①中所述的稀土元素为三氧化二铕或三氧化二镝；步骤二①中所述的酸性溶液A为质量百分数为1％～99％的硫酸或质量百分数为1％～99％的硝酸；

所述的三氧化二钇与稀土元素的质量比为100:(1～100)；所述的三氧化二钇的质量与酸性溶液的体积比为0.01g:(10～1000)mL；

②、向混合物A中加入偏钒酸铵和柠檬酸，并用酸性溶液B调节pH至1～7，然后在温度为70℃～200℃的条件下，搅拌1min～60min，搅拌后放置于烘箱中，在温度为70℃～200℃的条件下，干燥1h～48h，得到固体B；

所述的混合物A的体积与偏钒酸铵质量比为1mL:(0.001～0.1)g；所述的混合物A的体积与柠檬酸的质量比为1mL:(0.01～10)g；

步骤二②中所述的酸性溶液B为质量百分数为1％～98％的硫酸或质量百分数为1％～98％的硝酸；

③、将固体B研磨并置于管式炉中，在空气气氛下，将研磨后的固体B加热至温度为200℃～500℃，在温度为200℃～500℃的条件下，反应1h～10h，然后在空气气氛下，将温度由200℃～500℃升温至800℃～1200℃，并在温度为800℃～1200℃的条件下，反应1h～10h，得到荧光纳米粒子C；

④、将含有Fe³⁺的盐、含有Fe²⁺的盐与水混合，得到含有Fe³⁺和Fe²⁺的混合溶液，将荧光纳米粒子C加入到含有Fe³⁺和Fe²⁺的混合溶液中，并用碱性溶液调节pH为7～14，最后在温度为70℃～200℃的条件下，水热反应1h～48h，得到磁性荧光纳米粒子；

所述的含有Fe³⁺的盐与荧光纳米粒子C的质量比为(1～20):1；所述的含有Fe³⁺和Fe²⁺的混合溶液中含有Fe³⁺的盐浓度为0.01mol/L～10mol/L；所述的含有Fe³⁺和Fe²⁺的混合溶液中含有Fe²⁺的盐浓度为0.01mol/L～10mol/L；

步骤二④中所述的碱性溶液为浓度为1.0×10^-4mol/L～10mol/L的氢氧化钠或质量百分数为1％～25％的氨水；

三、制备荧光透明磁性木材：

①、将树脂与固化剂混合，然后在温度为30℃～100℃的条件下，预固化1min～30min，得到预固化的透明树脂，将磁性荧光纳米粒子与预固化的透明树脂混合并搅拌，得到混合物D，将脱去木质素的木材浸入到混合物D中，将浸有木材的混合物D置于真空干燥箱中；

步骤三①中所述的树脂为聚甲基丙烯酸甲酯或环氧树脂；步骤三①中所述的固化剂为偶氮二异丁腈或脂环族固化剂；

所述的树脂与固化剂的质量比为1:(0.01～1)；所述的磁性荧光纳米粒子与预固化的透明树脂的质量比为(1～20):1000；

②、将真空干燥箱抽真空至10MPa～500MPa，并在10MPa～500MPa的条件下，保持1min～10min，保持后放气；

③、重复步骤三②1次～10次，取出抽真空后的木材，并在温度为50℃～100℃的条件下，干燥10h～24h，得到荧光透明磁性木材。

本实施方式的有益效果是：本实施方式荧光透明磁性木材制备方法，原料来源广泛，操作简单。得到的荧光透明磁性木材具有透明性、合适的磁性和优异的荧光性能，其透光率达到80％，能够被条形磁性吸引，在紫外灯激发下能够发出荧光。

本实施方式利用抽真空将预固化的透明树脂与磁性荧光纳米粒子混合物注入脱去木质素的木材孔隙结构中。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的木材为针叶材或阔叶材。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤二④中所述的含有Fe³⁺的盐为氯化铁、硫酸铁或硝酸铁；步骤二④中所述的含有Fe²⁺的盐为氯化亚铁、硫酸亚铁或硝酸亚铁。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中所述的浓度为2mol/L的双氧水与浓度为5mol/L的次氯酸钠溶液的体积比为1:10。其它与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二①中所述的三氧化二钇与稀土元素的质量比为100:1；步骤二①中所述的三氧化二钇的质量与酸性溶液的体积比为0.01g:50mL。其它与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二②中所述的混合物A的体积与偏钒酸铵质量比为1mL:0.05g；步骤二②中所述的混合物A的体积与柠檬酸的质量比为1mL:0.5g。其它与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二④中所述的含有Fe³⁺的盐与荧光纳米粒子C的质量比为10:1；步骤二④中所述的含有Fe³⁺和Fe²⁺的混合溶液中含有Fe³⁺的盐浓度为0.1mol/L；步骤二④中所述的含有Fe³⁺和Fe²⁺的混合溶液中含有Fe²⁺的盐浓度为0.05mol/L。其它与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三①中所述的树脂与固化剂的质量比为1:0.01；步骤三①中所述的磁性荧光纳米粒子与预固化的透明树脂的质量比为10:1000。其它与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤一中将厚度为5mm的木材浸入到盛有浓度为5mol/L的次氯酸钠溶液的反应器中，得到反应体系，然后加入冰乙酸调节反应体系pH至6，密封反应器，将反应器置于温度为100℃的条件下，蒸煮24h，冷却至室温，然后向反应器中加入浓度为2mol/L的双氧水，在温度为70℃的条件下，继续蒸煮24h，冷却至室温，取出反应后的木材，在温度为100℃的条件下，将反应后的木材真空干燥24h，得到脱去木质素的木材。其它与具体实施方式一至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤二④中将含有Fe³⁺的盐、含有Fe²⁺的盐与水混合，得到含有Fe³⁺和Fe²⁺的混合溶液，将荧光纳米粒子C加入到含有Fe³⁺和Fe²⁺的混合溶液中，并用碱性溶液调节pH为10，最后在温度为200℃的条件下，水热反应10h，得到磁性荧光纳米粒子。其它与具体实施方式一至九相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

一种荧光透明磁性木材的制备方法是按以下步骤进行：

一、木材脱去木质素：

将厚度为5mm的木材浸入到盛有浓度为5mol/L的次氯酸钠溶液的反应器中，得到反应体系，然后加入冰乙酸调节反应体系pH至6，密封反应器，将反应器置于温度为100℃的条件下，蒸煮24h，冷却至室温，然后向反应器中加入浓度为2mol/L的双氧水，在温度为70℃的条件下，继续蒸煮24h，冷却至室温，取出反应后的木材，在温度为100℃的条件下，将反应后的木材真空干燥24h，得到脱去木质素的木材；

所述的浓度为2mol/L的双氧水与浓度为5mol/L的次氯酸钠溶液的体积比为1:10；

二、制备荧光磁性纳米粒子：

①、将三氧化二钇、稀土元素及酸性溶液A混合，并在温度为100℃的条件下，搅拌5min，得到混合物A；

步骤二①中所述的稀土元素为三氧化二镝；步骤二①中所述的酸性溶液A为质量百分数为10％的硝酸；

所述的三氧化二钇与稀土元素的质量比为100:1；所述的三氧化二钇的质量与酸性溶液的体积比为0.01g:50mL；

②、向混合物A中加入偏钒酸铵和柠檬酸，并用酸性溶液B调节pH至6，然后在温度为70℃的条件下，搅拌60min，搅拌后放置于烘箱中，在温度为200℃的条件下，干燥24h，得到固体B；

所述的混合物A的体积与偏钒酸铵质量比为1mL:0.05g；所述的混合物A的体积与柠檬酸的质量比为1mL:0.5g；

步骤二②中所述的酸性溶液B为质量百分数为10％的硝酸；

③、将固体B研磨并置于管式炉中，在空气气氛下，将研磨后的固体B加热至温度为500℃，在温度为500℃的条件下，反应10h，然后在空气气氛下，将温度由500℃升温至1200℃，并在温度为1200℃的条件下，反应10h，得到荧光纳米粒子C；

④、将含有Fe³⁺的盐、含有Fe²⁺的盐与水混合，得到含有Fe³⁺和Fe²⁺的混合溶液，将荧光纳米粒子C加入到含有Fe³⁺和Fe²⁺的混合溶液中，并用碱性溶液调节pH为10，最后在温度为200℃的条件下，水热反应10h，得到磁性荧光纳米粒子；

所述的含有Fe³⁺的盐与荧光纳米粒子C的质量比为10:1；所述的含有Fe³⁺和Fe²⁺的混合溶液中含有Fe³⁺的盐浓度为0.1mol/L；所述的含有Fe³⁺和Fe²⁺的混合溶液中含有Fe²⁺的盐浓度为0.05mol/L；

步骤二④中所述的碱性溶液为浓度为质量百分数为20％的氨水；

三、制备荧光透明磁性木材：

①、将树脂与固化剂混合，然后在温度为70℃的条件下，预固化20min，得到预固化的透明树脂，将磁性荧光纳米粒子与预固化的透明树脂混合并搅拌，得到混合物D，将脱去木质素的木材浸入到混合物D中，将浸有木材的混合物D置于真空干燥箱中；

步骤三①中所述的树脂为聚甲基丙烯酸甲酯；

步骤三①中所述的固化剂为偶氮二异丁腈；

所述的树脂与固化剂的质量比为1:0.01；所述的磁性荧光纳米粒子与预固化的透明树脂的质量比为10:1000

②、将真空干燥箱抽真空至500MPa，并在500MPa的条件下，保持5min，保持后放气；

③、重复步骤三②10次，取出抽真空后的木材，并在温度为100℃的条件下，干燥24h，得到荧光透明磁性木材。

步骤一中所述的木材为杨木；

步骤二④中所述的含有Fe³⁺的盐为三氯化铁；步骤二④中所述的含有Fe²⁺的盐为氯化亚铁。

图1为实施例一制备的荧光透明磁性木材的宏观照片；由图可知制备的荧光透明磁性木材具有高的透明性。

图2为实施例一制备的荧光透明磁性木材在紫外灯激发下的宏观照片；由图可知制备的荧光透明磁性木材具有优异的荧光性。

图3为实施例一制备的荧光透明磁性木材被外界磁铁吸引的宏观照片；由图可知制备的荧光透明磁性木材能够被外界磁铁吸引，具有优异的磁性。

图4为实施例一制备的荧光透明磁性木材的紫外透过率；由图可知制备的荧光透明磁性木材紫外透过率能达到80％。