[发明专利]微纳木质纤维素复合材料的制备方法、复合材料及应用

说明书

本发明公开了微纳木质纤维素复合材料的制备方法、复合材料及应用，该方法包括以下步骤：S1、将木质纤维素加入低共熔溶剂中进行加热润胀处理，再通过机械处理得到微纳木质纤维素分散液；S2、向所述微纳木质纤维素分散液中加入催化剂，经加热反应制备得到同时含有自聚物与接枝聚合改性的微纳木质纤维素的微纳木质纤维素复合材料。有益效果：通过在低共熔溶剂体系下“一锅法”高效制备微纳木质纤维素及微纳木质纤维素复合材料，具有制备过程环保绿色、溶剂成本低等显著特点，同时还具有反应条件温和、可操作性强、无化学品污染等优势，所制备的微纳木质纤维素复合材料可广泛应用于工程材料、包装材料、生物医药材料等领域。

技术领域

本发明涉及木质纤维素在微纳米尺度上的接枝聚合改性领域，具体来说，涉及微纳木质纤维素复合材料的制备方法、复合材料及应用。

背景技术

木质纤维素是是陆地上最丰富的可再生生物质资源，广泛存在于各类植物纤维原料中，是植物细胞壁中的重要结构。木质纤维素的传统利用方法如造纸工业等，通常附加值较低，不利于木质纤维素的高效利用。木质纤维素经过化学改性可以赋予其不同的性能，从而提高其附加值，改性的木质纤维素目前已广泛应用于各种领域中，如生物燃料、水凝胶、3D打印材料、纳米复合材料等。

接枝共聚改性可在改善木质纤维素缺点的同时保留其原来的优良性能，制备出具有特殊用途的功能性纤维。通过接枝的方法可以设计出不同的高分子化合物。Dong Ju等人利用接枝共聚的方法，将聚乳酸接枝到微纳木质纤维素上，接枝后的纤维与聚乳酸形成复合材料，结果表明，复合材料的拉伸模量和强度分别提升了28％和63％。Lu Yuan利用接枝共聚的方法，将甲基丙烯酸酯接枝到微纳纤维素上，改善了纳米复合材料的界面相容性，将改性后的微纳纤维素与聚乳酸复合，结果表明，改性过后的微纳纤维素可以显著的增加其拉伸强度和杨氏模量，最高提升效果大于100％。孙耀星等人以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，采用原子转移自由基聚合法分别将甲基丙烯酸羟乙酯、乙酸乙烯酯和丙烯酸接枝到木质素上，制备了亲水性木质素接枝共聚物，但其反应步骤复杂，且在反应过程中使用了有害有机溶剂，限制了木质素的高值化利用。中国专利CN111500037A介绍了一种以竹粉纤维素为原料，在N,N-二甲基甲酰胺/氯化铝混合体系下，通过竹粉纤维素与己内酯发生接枝共聚反应，将亲水和亲油、互不相容的两链段键接在一起，改性的竹粉在偶联剂的作用下与聚乳酸交联形成共合物，提高了竹塑复合材料的机械性能。中国专利CN111825845A介绍了一种在N,N-二甲基乙酰胺溶剂下，加入引发剂并通过点击化学的方法，将聚乳酸接枝到木材纤维上，但其反应过程均在有害有机溶剂下进行，对于环境有较大的压力。

综合考虑目前已有的木质纤维素接枝改性方法，发现木质纤维素的接枝改性大多数需要提前将木质素和纤维素分离，并对分离后的木质素和纤维素分别进行接枝改性，这在一定程度上降低了反应的效率。而微纳木质纤维素的改性通常在有机溶剂下进行，其接枝改性步骤繁琐，反应效率低，限制了木质纤维素的高值化利用。

低共熔溶剂是一种由氢键受体和氢键供体形成的两组分或两组分以上的溶剂，其熔点低于单个组分的熔点，是一种安全无毒、可溶解、可降解、具有高稳定性的新型绿色溶剂。与离子液体相比，低共熔溶剂可以通过简单的混合低成本快速的制备而成，基于这些特点，低共熔溶剂在纤维素的绿色加工领域展现出广阔的应用前景。

一锅合成法是一种高产率，低能耗的生产方法，在反应过程中不需要分离中间产物，直接获得结构复杂的目标产物，且整个反应在同一溶剂体系下完成，在经济和环境友好上较为有利，是一种非常具有前景的有机合成方法。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出微纳木质纤维素复合材料的制备方法、复合材料及应用，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供微纳木质纤维素复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：