南京林业大学陈楚楚/英属哥伦比亚大学Orlando J. Rojas教授 Small：全木材基无胶自粘合透明木玻璃

高分子科技

2023-05-31

导读：通过纤维素纤维之间的自粘合效应，构建了一种近似各向同性的全木材基透明层合木...

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全球建筑物消耗的能源占总能源消耗量的20%至40%。例如，在一栋两层楼的房子中，30%的墙壁都被玻璃窗覆盖，而玻璃的热管理能力（导热系数较高）较差，导致高达60%的能量通过这些玻璃窗户损失。因此，先进的建筑材料在促进全球可持续发展方面受到了特别关注。木材来源于天然可再生资源，在机械支撑和热屏蔽方面是使用最广泛的建筑材料之一。近年来，以木材为原料，通过各种脱木质素和透明高分子聚合物浸渍处理可获得兼具高透光率及力学强度的透明木材（TW）。由于保留了木材天然的低导热性，这种透明木材是一种理想的节能透明材料。

近期，南京林业大学陈楚楚课题组提出了一种在不引入任何透明高分子聚合物及胶黏剂的条件下，借助表面氧化及正交层压设计，通过纤维素纤维之间的自粘合效应，构建了一种近似各向同性的全木材基透明层合木。与普通玻璃相比，这种透明木材的导热性大大降低（0.27 W m⁻¹ K⁻¹），同时兼具高透光率（≈85.4%）与低雾度（≈20%），及近似各向同性的高力学强度（其中，湿强度达128 MPa）。

图1 无胶自粘合透明层合木的制备

光学性能

在可见光范围内，制备的透明层合木（M-DATW）具有良好的透光性能，在不引入透明高分子聚合物的前提下，其透光率达85%，雾度低至约20%。此外，由于正交层压设计，得到的M-DATW表现出近似于各向同性的光学性能。

图2. 无胶自粘合透明木光学性能

力学性能

由于木材的天然各向异性，DATW（单层透明木）沿纤维轴向（L方向）的拉伸强度为126.4 MPa，但在垂直于纤维轴向方向上（R方向）的拉伸强度仅为29.5 MPa。通过正交层压设计及纤维间的无胶自粘合效应，如图3所示，所得M-DATW在R方向上的拉伸强度由29.5 MPa显著提高到138.2 MPa（三层M-DATW）。此外，值得注意的是，制备的M-DATW在力学强度方面表现出近似的各向同性（L方向为157.6 MPa；R方向为138.2 MPa）。

图3. 无胶自粘合透明木力学性能

节能建筑模拟

为了进一步评估M-DATW的节能效应，使用M-DATW和玻璃分别作为窗户搭建模型房屋（图4），并将其置于模拟的太阳光下，监测室内外温度，以比较M-DATW和普通玻璃的隔热能力。结果表明在持续光照下，当室外温度为43℃时，使用M-DATW作为窗户的模拟房屋室内温度为27.1℃，而使用玻璃窗的模拟房屋内部温度高达34.2℃，说明本研究所得透明层合木有利于降低室内能耗，同时提供舒适的室内温度，具有一定的节能效应。

图4. 无胶自粘合透明作为节能窗的模拟

该工作以题为“Insulative Biobased Glaze from Wood Laminates Obtained by Self-Adhesion”的论文发表在期刊《Small》。论文第一作者/通讯作者分别为南京林业大学材料科学与工程学院陈楚楚副教授与加拿大英属哥伦比亚大学Orlando J. Rojas教授。该研究受到国家自然科学基金等项目的资助。

原文链接：

Chuchu Chen, Tong Zhou, Zhangmin Wan, Zhaoyang Xu, Yongcan Jin, Dagang Li,

and Orlando J. Rojas*. Insulative Biobased Glaze from Wood Laminates Obtained

by Self-Adhesion, Small 2023, 2301472. DOI: 10.1002/smll.202301472

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202301472

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