本發(fā)明屬于功能性生物質(zhì)纖維復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種透明阻燃的抗紫外木質(zhì)纖維復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、由于全球經(jīng)濟(jì)的擴(kuò)大，能源消耗的需求有所增加。目前使用的大部分能源依舊是由煤、石油和天然氣等化石燃料，這些化石燃料導(dǎo)致溫室氣體的產(chǎn)生，并加速了全球變暖。相比之下，生物質(zhì)纖維是一種環(huán)境友好型材料，具備綠色、可再生等優(yōu)勢(shì)。它豐富可供利用，價(jià)格較低，而且自然降解。因此，充分利用生物質(zhì)材料可以在很大程度上解決能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題，對(duì)我們的環(huán)境進(jìn)行重塑。

2、天然植物纖維是世界上最具可持續(xù)利用的資源，是一種高強(qiáng)度、高剛性的自然高分子材料，作為生物質(zhì)材料中使用范圍最廣的代表——木材，是一種可降解、可再生的環(huán)境友好型材料，其擁有易加工、強(qiáng)重比高等獨(dú)特特性，同時(shí)能耗低、紋理美觀、成本低等優(yōu)點(diǎn)，不僅是使用最多的生物基可再生材料，而且在建筑、采礦和建筑裝飾行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。

3、碳量子點(diǎn)（cqds）作為一種新興的碳納米材料，具有優(yōu)異的熒光特性、低毒性和理想的生物相容性，具有多種表面官能團(tuán)和內(nèi)部碳骨架結(jié)構(gòu)，易于與無(wú)機(jī)、有機(jī)、聚合物和生物活性物質(zhì)進(jìn)行表面功能化和絡(luò)合，對(duì)基體材料具有獨(dú)特的增強(qiáng)作用。熒光碳量子點(diǎn)可以摻雜氮、磷等阻燃元素，具有潛在的阻燃應(yīng)用前景。此外，由于cqds具有吸收和散射紫外線的能力，因此被認(rèn)為是具有紫外線屏蔽功能的聚合物添加劑。

4、但由于木材本身易燃的性質(zhì)，其使用范圍收到了很大限制。隨著我國(guó)木結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,越來(lái)越多的木結(jié)構(gòu)建筑需要進(jìn)行阻燃處理。由此可知，使木材具備高附加值以及有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域至關(guān)重要，而透明木材(tw)具有高各向異性、高透光率、可調(diào)節(jié)的光霧、高效隔熱、高沖擊能吸收、可再生等優(yōu)點(diǎn)，滿足日益提高的性能要求和新應(yīng)用場(chǎng)景的需求，帶來(lái)了巨大的成本節(jié)約和長(zhǎng)期環(huán)境效益，顯示出很大的多功能化潛力。目前對(duì)賦予透明木材的不同性能已經(jīng)成為了一項(xiàng)重要的研究方向，在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域里，已經(jīng)有不少專利申請(qǐng)涉及到了透明木材功能化的技術(shù)和方法。如添加發(fā)光和儲(chǔ)能材料（cn111231034a）、選擇彩色樹脂賦予材料不同顏色（cn116352830a）、凝膠噴涂獲得超疏水性能（cn116810945a）等。然而，針對(duì)阻燃、隔熱和抗紫外性能透明木材制備的工作目前還較少。本工作使用較少的原料和設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單的工藝，對(duì)透明阻燃的抗紫外木質(zhì)纖維復(fù)合材料的制備提供了新的方法和思路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)本領(lǐng)域存在的不足之處，提供了一種透明阻燃的抗紫外木質(zhì)纖維復(fù)合材料的制備方法。輕木作為一種低密度和高孔隙率的材料，有助于環(huán)氧樹脂的滲透，其加工輕便、力學(xué)性能好，在透明化處理后能夠擁有更好的光學(xué)性能，因此作為本發(fā)明的木質(zhì)纖維基材。本發(fā)明利用化學(xué)脫色的方法去除木材中的絕大部分纖維素，在負(fù)載碳量子點(diǎn)的同時(shí)利用添加型阻燃劑甲基磷酸二甲酯改性環(huán)氧樹脂e135，使得木材在保持一定透過(guò)率的基礎(chǔ)上有優(yōu)秀的阻燃性能，同時(shí)能夠吸收大部分紫外線。dmmp作為一種高含磷量的有機(jī)磷阻燃劑，在燃燒過(guò)程中不釋放有毒氣體，符合環(huán)保要求。其與環(huán)氧樹脂復(fù)合時(shí)能夠帶來(lái)界面和微觀結(jié)構(gòu)的變化，從而降低體系的熱導(dǎo)率。同時(shí)，在燃燒過(guò)程中，碳量子點(diǎn)中的n元素受熱分解，會(huì)釋放出含氮小分子等不燃?xì)怏w，稀釋可燃?xì)怏w的濃度，降低燃燒速率，其可以和dmmp協(xié)效發(fā)揮阻燃效果。本發(fā)明方法使得透明生物質(zhì)纖維復(fù)合材料阻燃性能提升，火災(zāi)危險(xiǎn)性降低，提升了其應(yīng)用潛力。本發(fā)明并非在透明木材的基礎(chǔ)上添加一些附屬性功能，而是直接制備出集高透過(guò)率、高阻燃性、抗紫外線和低熱導(dǎo)率優(yōu)勢(shì)于一體的透明木材。將其作為一種新興材料代替玻璃，能夠?qū)崿F(xiàn)采光的同時(shí)屏蔽大部分紫外線，減少紫外線對(duì)人體皮膚的傷害，防止室內(nèi)家具老化等。同時(shí)，低熱導(dǎo)率的特性表明材料具有良好的隔熱性能，這有助于室內(nèi)實(shí)現(xiàn)冬暖夏涼的效果。因此在面臨各種能源危機(jī)的今天，本發(fā)明為環(huán)保、節(jié)能和安全的建筑材料的研究和發(fā)展提供了新的思路。

2、本發(fā)明透明阻燃的抗紫外木質(zhì)纖維復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

3、步驟1：以尿素和檸檬酸為原料，通過(guò)水熱反應(yīng)制備碳量子點(diǎn)，碳量子點(diǎn)溶液經(jīng)過(guò)離心、過(guò)濾、透析和冷凍干燥，得到棕褐色粉末，將其配置成碳量子點(diǎn)的乙醇溶液。

4、步驟2：配置naclo2的冰醋酸緩沖溶液，將木材浸漬于naclo2溶液中，油浴加熱至木材變成白色，用去離子水（60℃）洗滌數(shù)次，然后保存在步驟1獲得的碳量子點(diǎn)的乙醇溶液中靜置，完成脫水和碳量子點(diǎn)的負(fù)載。

5、步驟3：將環(huán)氧樹脂e135、甲基磷酸二甲酯（dmmp）和固化劑d210加入反應(yīng)器中，高速攪拌5?min至完全混合均勻，真空除泡。

6、步驟4：將步驟2得到的白色木材樣品浸漬于步驟3得到的環(huán)氧樹脂液中，轉(zhuǎn)移至真空烘箱中真空脫氣浸漬木材，使木材充分浸漬環(huán)氧樹脂。

7、步驟5：將步驟4得到的樣品夾在兩個(gè)載玻片之間，用鋁箔包裹完成固化，固化完成后，將合成的復(fù)合材料從載玻片上小心剝離。

8、步驟1中，尿素和檸檬酸的物質(zhì)的量之比為1:1；水熱反應(yīng)溫度為160℃，反應(yīng)時(shí)間為12?h，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)釜冷卻12?h；離心時(shí)轉(zhuǎn)速設(shè)置為10000?r/min，時(shí)間10min；過(guò)濾使用孔徑為0.22μm的微孔濾膜；透析所使用的透析袋為1000da。

9、步驟2中，所述木材為輕木，厚度為0.5-1.0?mm。不同木材能夠?qū)崿F(xiàn)的效果是不同的，之所以選擇輕木是因?yàn)檩p木具有豐富的多孔結(jié)構(gòu)，更有利于環(huán)氧樹脂的滲透和填充，更好地達(dá)到高透明的效果。

10、步驟2中，所述naclo2溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4wt%，用冰醋酸調(diào)節(jié)溶液ph=4.6。

11、步驟2中，油浴鍋加熱溫度為80-90℃，加熱時(shí)長(zhǎng)為7?h，隨著浸漬時(shí)間增長(zhǎng)，木材由原本的原木色逐漸褪成白色。

12、步驟2中，無(wú)水乙醇置換脫水的時(shí)長(zhǎng)≥48?h。

13、步驟3中，dmmp占環(huán)氧樹脂的總質(zhì)量為5wt%-15wt%，比如5wt%、7wt%、10wt%、13wt%、15wt%。

14、步驟4中，真空脫氣在常溫下進(jìn)行，脫氣壓力為200?pa，每次脫氣5?min，重復(fù)3-5次。

15、步驟5中，固化過(guò)程在常溫常壓下進(jìn)行，時(shí)間為48?h。

16、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

17、1、本發(fā)明提供的透明阻燃的抗紫外木質(zhì)纖維復(fù)合材料的制備方法，采用簡(jiǎn)單的原料和工藝去除木質(zhì)素并負(fù)載碳量子點(diǎn)，以添加型阻燃劑dmmp來(lái)提高復(fù)材的阻燃效果。碳量子點(diǎn)和dmmp能夠協(xié)效發(fā)揮阻燃效果，dmmp能夠降低復(fù)材的熱導(dǎo)率。本發(fā)明中作為基材的輕木具有豐富的多孔結(jié)構(gòu)，有利于樹脂的浸漬，提升了復(fù)材透明性，是一種可再生的綠色資源。

18、2、本發(fā)明用于制備碳量子點(diǎn)的尿素和檸檬酸均為無(wú)毒無(wú)害的原料，在制備過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生有害副產(chǎn)物，成本低，對(duì)環(huán)境友好；制備方法為一步水熱法，工藝和操作簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜設(shè)備和處理步驟。

19、3、本發(fā)明中對(duì)木材進(jìn)行真空浸漬和固化的步驟均只需在常溫下進(jìn)行，不需要特殊設(shè)備，極大程度上減少了成本和能耗，是一種綠色、環(huán)保的工藝。

20、4、本發(fā)明制備出的透明木材是一種集齊多種功能于一體的材料，并非是在透明木材上添加一下附屬功能，因此能夠更好地作為一種多功能復(fù)材進(jìn)行深入研究，為安全節(jié)能的建筑材料的發(fā)展提供了更好的思路。