本發明屬于復合材料制備，具體涉及一種sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料的制備方法。
背景技術：
1、人工速生林木材存在一些固有的缺陷，如質地輕軟、尺寸穩定性差、耐水性能差、力學強度低等，這些缺陷限制了其應用范圍。因此，對速生木材的改性處理變得至關重要。人工林速生楊木是中國北方最重要的可再生資源之一，對其改性研究已成為木材加工和家具行業提高楊木制品附加價值和利用率、實現企業利益最大化的有效途徑。
2、生物礦化是自然界中普遍存在的現象，例如硅藻、貝殼和動物骨骼中的無機礦物沉積。這些無機礦物在生物遺傳物質的控制下，以生物活性物質為模板，有序地成核、結晶和組裝，形成具有優異機械性能的結構。楊木等木材是一種結構性納米纖維素材料，其中纖維素約占木材質量的40％至50％。自然生物礦化木材的過程得到的無機納米材料具有無毒、低耗能和合成條件溫和等優點，但自然礦化的時間較長，難以滿足生產需求。
技術實現思路
1、為解決上述問題，本發明提出一種sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料的制備方法，該方法通過提升楊木的性能和附加值，拓寬了其在高檔木制品和結構材中的應用。
2、為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
3、一種sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料的制備方法，包括以下步驟：
4、s1、將楊木進行預處理，得到絕干楊木；
5、s2、將絕干楊木加壓浸入質量分數為2％的naoh溶液中，對楊木表面的羥基進行活化；
6、s3、將活化后的楊木放入濃度為4wt％的亞氯酸鈉溶液中進行脫木素處理，除去木材中的部分木質素；其中，脫木素處理的條件為：溫度100℃，時間6h，楊木質量與亞氯酸鈉溶液質量比為1:30；
7、s4、將脫木素處理后的楊木取出，并依次進行去離子水清洗和真空干燥，得到清洗干燥后的脫木素楊木；
8、s5、配置質量分數為4％的明膠溶于4g·l-1的檸檬酸溶液中，得到水凝膠前驅體溶液，再將清洗干燥后的脫木素楊木置于水凝膠前驅體溶液中進行真空浸漬，并在楊木上方10cm處設置低壓靜電場設備，進行低壓靜電場處理，實現楊木的水凝膠處理；
9、s6、采用質量比為4：1的正硅酸乙酯與水，用鹽酸做催化劑，調節溶液ph值為2，磁力攪拌30min，在30℃條件下通過水解和縮聚反應，得到納米sio2前驅體溶液；
10、s7、水凝膠處理后的楊木浸漬于納米sio2前驅體溶液中，并在楊木上方10cm處設置低壓靜電場設備，在真空浸漬的過程中同時進行低壓靜電場處理；
11、s8、低壓靜電場處理完成后，關閉并撤出低壓靜電場設備，將浸漬于納米sio2前驅體溶液中的楊木進行加壓處理，實現sio2在楊木細胞壁和細胞腔內的原位礦化，得到sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料。
12、優選地，步驟s1的具體過程為：在常溫常壓下，將楊木浸漬于去離子水中12h，去除楊木表面雜質，再將楊木放入鼓風干燥箱中，在溫度為40℃、60℃和80℃的溫度梯度下，依次每個溫度梯度分別干燥2h，烘至絕干狀態后，得到絕干楊木。
13、優選地，步驟s2中，絕干楊木在naoh溶液中浸漬的壓力為0.5mpa，浸漬的時間為6h。
14、優選地，步驟s4的具體過程為：將脫木素處理后的楊木取出，用去離子水清洗，在負壓壓強為0.1mpa的條件下進行真空干燥，調節真空干燥箱溫度依次為30℃、50℃和70℃，干燥時間分別為3h，再將真空干燥箱溫度調節至100℃，干燥時間12h，取出楊木稱重后，放入真空干燥箱于70℃下干燥1h。
15、優選地，步驟s5中，真空浸漬的負壓壓強為0.1mpa，真空浸漬的時間為3h；低壓靜電場設備的電壓設置為600v·cm-1，低壓靜電場處理時間為3h。
16、優選地，步驟s7中，楊木進行真空浸漬的負壓壓強為0.1mpa，真空浸漬的時間為8h；低壓靜電場設備的電壓設置為600v·cm-1，低壓靜電場處理時間為8h。
17、優選地，步驟s8中，加壓處理的壓強為0.5mpa，浸漬的溫度為30℃，浸漬時間為10h。
18、一種sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料，所述sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料采用所述的sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料的制備方法制備得到。
19、采用上述技術方案后，本發明具有如下有益效果：本發明通過生物模擬礦化和化學處理的方法，對楊木進行了一系列的改性處理，以提高其材料性能。首先，通過脫木質素處理，獲得了高度有序的楊木纖維素骨架，保持了木材的結構層次和定向細胞結構。隨后，利用明膠水凝膠浸漬提高了木材的生物相容性，為后續的礦化反應提供了豐富的成核位點。通過精確控制teos水溶液的ph值，并采用“負壓-正壓”浸漬法結合低壓靜電場處理，實現了前驅體溶液在木材中的深入滲透。在礦化過程中，通過調節溫度和時間，成功在木材細胞壁上、細胞壁間或細胞腔內原位生成了sio2粒子。最終得到的sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料(sdp)在物理和化學性能上均有顯著提升：增重率達到12.56％，絕干密度從0.42g·cm-3提高至0.63g·cm-3，飽和水濕脹率和吸水率顯著降低，表明了sdp的尺寸穩定性和耐水性能得到了顯著提高。此外，sdp的表面顏色變深，表面親水性增強，表面自由能提高，有利于涂料和膠粘劑的附著。ftir分析顯示，明膠與楊木間的氫鍵作用增強，納米sio2的成功引入，以及c＝o伸縮振動峰的減弱，反映了有機-無機雜化結構的形成，增強了復合材料的整體性能。在熱穩定性方面，sdp表現出較對照組更佳的熱穩定性，熱解過程中形成了更致密的炭層結構，有效阻礙了熱量傳遞和可燃性氣體的釋放，可大幅度提高楊木的阻燃性，耐火性強，可有效提高使用的安全性。熱重分析分析進一步證實了sdp中含有更多的難以熱解的無機物，且化學性質更穩定。sem分析顯示，sdp的微觀結構更致密，孔隙被sio2顆粒有效填充，減少了孔隙度，增加了材料的密度。結果表明，本發明的sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料不僅提高了楊木的物理和化學性能，還為開發安全、易獲取、環境友好的生物質復合材料提供了新的策略，有望推動速生楊木替代傳統高檔硬質木材的進程。
1.一種sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料的制備方法，其特征在于，步驟s1的具體過程為：在常溫常壓下，將楊木浸漬于去離子水中12h，去除楊木表面雜質，再將楊木放入鼓風干燥箱中，在溫度為40℃、60℃和80℃的溫度梯度下，依次每個溫度梯度分別干燥2h，烘至絕干狀態后，得到絕干楊木。
3.如權利要求1所述的一種sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料的制備方法，其特征在于：步驟s2中，絕干楊木在naoh溶液中浸漬的壓力為0.5mpa，浸漬的時間為6h。
4.如權利要求1所述的一種sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料的制備方法，其特征在于，步驟s4的具體過程為：將脫木素處理后的楊木取出，用去離子水清洗，在負壓壓強為0.1mpa的條件下進行真空干燥，調節真空干燥箱溫度依次為30℃、50℃和70℃，干燥時間分別為3h，再將真空干燥箱溫度調節至100℃，干燥時間12h，取出楊木稱重后，放入真空干燥箱于70℃下干燥1h。
5.如權利要求1所述的一種sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料的制備方法，其特征在于：步驟s5中，真空浸漬的負壓壓強為0.1mpa，真空浸漬的時間為3h；低壓靜電場設備的電壓設置為600v·cm-1，低壓靜電場處理時間為3h。
6.如權利要求1所述的一種sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料的制備方法，其特征在于：步驟s7中，楊木進行真空浸漬的負壓壓強為0.1mpa，真空浸漬的時間為8h；低壓靜電場設備的電壓設置為600v·cm-1，低壓靜電場處理時間為8h。
7.如權利要求1所述的一種sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料的制備方法，其特征在于：步驟s8中，加壓處理的壓強為0.5mpa，浸漬的溫度為30℃，浸漬時間為10h。
8.一種sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料，其特征在于：所述sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料采用如權利要求1-7任一項所述的sio2礦化脫木素及水凝膠處理楊木復合材料的制備方法制備得到。