Advanced Science|柑橘衍生物可使透明木材100％可再生

自2016年首次推出以来，KTH皇家理工学院的研究人员开发了透明木材，将其用作建筑结构的创新结构材料。它可以让自然光通过，甚至可以存储热能。使木材成为透明复合材料的关键是去除木质素，木质素是木材中的主要吸光成分。但是，由于缺乏木质素而留下的空孔需要填充一些东西，以恢复木材的强度并允许光线透过。在复合材料的早期版本中，KTH的Wallenberg木材科学中心的研究人员使用了化石基聚合物。

现在，研究人员已经成功测试了一种环保替代品：丙烯酸柠檬烯，一种由柠檬烯制成的单体。他们在Advanced Science中报告了他们的结果。

主要作者，博士生CélineMontanari说：“它是由可再生的柑橘制成的新型丙烯酸柠檬烯，例如可从橙汁工业中回收的果皮废料。”

橙汁生产中的提取物用于制造可恢复脱木质木材强度并允许光线通过的聚合物。

研究人员报告说，这种新型复合材料在1.2毫米厚度下的透光率达到90％，雾度非常低，仅为30％。

与过去五年开发的其他透明木复合材料不同，KTH开发的材料旨在用于结构用途。

它显示出重型机械性能：强度为174 MPa（25.2 ksi），弹性为17 GPa（或约2.5 Mpsi）。

KTH纤维与聚合物技术系主任Lars Berglund教授说，然而，一直以来，可持续性一直是研究小组的首要任务。

伯格隆德说：“更换化石基聚合物一直是我们制造可持续透明木材所面临的挑战之一。”

他说，环境因素和所谓的绿色化学贯穿了整个工作。该材料不含溶剂，所有化学物质均来自生物基原料。Berglund说，新的进展可能会实现尚未开发的应用范围，例如在木材纳米技术中。可能性包括智能窗户，用于蓄热的木材，具有内置照明功能的木材-甚至是木制激光。伯格伦德说：“我们已经研究了光的去向，以及当光照射到纤维素上时会发生什么。”“有些光直接穿过木材，并使材料透明。有些光以不同角度折射和散射，并在照明应用中产生令人愉悦的效果。”

该团队还与KTH的谢尔盖·波波夫（Sergei Popov）的光子学小组合作，进一步探索纳米技术的可能性。

The sustainable development of engineering biocomposites has been limited due to a lack of bio-based monomers combining favorable processing with high performance. Here, the authors report a novel and fully bio-based transparent wood biocomposite based on green synthesis of a new limonene acrylate monomer from renewable resources. The monomer is impregnated and readily polymerized in a delignified, succinylated wood substrate to form optically transparent biocomposites. The chemical structure of the limonene acrylate enables diffusion into the cell wall, and the polymer phase is both refractive index-matched and covalently linked to the wood substrate. This results in nanostructured biocomposites combining an excellent optical transmittance of 90% at 1.2 mm thickness and a remarkably low haze of 30%, with a high mechanical performance (strength 174 MPa, Young’s modulus 17 GPa). Bio-based transparent wood holds great potential towards the development of sustainable wood nanotechnologies for structural applications, where transparency and mechanical performance are combined.

http://dx.doi.org/10.1002/advs.202100559

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