[发明专利]一种功能纳米纤维素复合板材及其制备方法

说明书

本发明提供了一种功能纳米纤维素复合板材，由纳米纤维素和功能纳米材料的混合浆料制备得到；所述功能纳米纤维素复合板材内部具有化学键交联网络结构和物理缠绕；所述化学键交联网络结构由纳米纤维素自身交联网络和纳米纤维素与功能纳米材料之间形成的交联网络形成，所述物理缠绕为纳米纤维素之间形成的物理缠绕和纳米纤维素和功能纳米材料之间形成的物理缠绕。本申请还提供了一种功能纳米纤维素复合板材的制备方法。本申请提供的功能纳米纤维素复合板材具有低热膨胀率、高强度、高韧性等特点，功能纳米材料的加入使得功能纳米纤维素复合板材具有相应的功能性，此外，所述纳米纤维素与功能纳米材料复合板材具有绿色环保、可降解等特点。

技术领域

本发明涉及新材料开发技术领域，尤其涉及一种功能纳米纤维素复合板材及其制备方法。

背景技术

纤维素是地球上最丰富、含量最多的天然可再生高分子，其可由植物中分离得到或由细菌发酵产生。纳米纤维素是纤维素的物理最小结构单元，具体是直径1～100nm的纤维。纳米纤维素具有诸多优异性能，例如密度低、可降解、杨氏模量高、强度高、结晶度高以及比表面积大等，这使其在诸多领域具有广泛的应用潜力和价值；纳米纤维素还具有来源丰富，可降解等特点，相对石油工业生产的高分子，具有环境友好等特点。

因此，如何基于纳米纤维素开发高性能的产品和材料，一直是研究的热点。开发基于环境友好，含量丰富的可再生资源的高性能材料，一方面可满足工程设计中对材料需求的日益增长，另一方面可对石油工业等环境危害更大的材料形成替代，减轻环境危害。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种功能纳米纤维素复合板材及其制备方法，本申请提供的功能纳米纤维素复合板材具有低热膨胀率、高强度、高韧性以及导电、隔热防火等功能性。

有鉴于此，本申请提供了一种功能纳米纤维素复合板材，由纳米纤维素和功能纳米材料的混合浆料制备得到；所述功能纳米纤维素复合板材内部具有化学键交联网络结构和物理缠绕；所述化学键交联网络结构由纳米纤维素自身交联网络和纳米纤维素与功能纳米材料之间形成的交联网络形成，所述物理缠绕为纳米纤维素之间形成的物理缠绕和纳米纤维素和功能纳米材料之间形成的物理缠绕。

优选的，所述化学键为氢键、离子键和共价键中的一种或多种。

优选的，所述功能纳米材料选自碳纳米管、氧化石墨烯、黏土片、氮化硼纳米片、二硫化钼纳米片、四氧化三铁纳米颗粒、玻璃纤维、碳纤维、氧化锌纳米线和金纳米颗粒中的一种或多种。

优选的，所述功能纳米纤维素复合板材的密度大于1.0g/cm³，孔隙率小于50％。

本申请还提供了一种功能纳米纤维素复合板材的制备方法，包括以下步骤：

A)将纳米纤维素和功能纳米材料混合，处理后得到混合浆料；

B)在所述混合浆料中加入交联剂；

C)将步骤B)得到的浆料干燥成型，得到功能纳米纤维素复合板材。

优选的，所述交联剂选自氢键交联剂、离子键交联剂和共价键交联剂中的一种或多种，所述氢键交联剂选自PEG、PVA、CMC、蚕丝蛋白、海藻酸钠、葡萄糖和壳聚糖中的一种或多种，所述离子键交联剂中的离子选自锂离子、钠离子、钾离子、钙离子、镁离子、锶离子、铜离子、镍离子、亚钴离子、锌离子、铁离子、铬离子、钴离子、铝离子和钪离子中的一种或多种，所述共价键交联剂选自戊二醛、硅酸、异氰酸酯和硼酸中的一种或多种。

优选的，在步骤A)中，所述纳米纤维素的含量大于所述纳米纤维素与所述功能纳米材料总质量的10％；所述交联剂在所述混合浆料中的浓度为0.01～10mol/L。

优选的，所述处理的方式选自搅拌、高压匀浆、球磨和研磨中的一种或多种。