[發明專利]基于纖維素的復合材料

有效

• 申請號: 201180045121.2
• 申請日: 2011-09-07
• 公開（公告）號: CN103370190A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 奧德·舒葉夫;阿爾農·海曼;沙烏爾·拉皮多特;西格爾·邁羅維奇;尤瓦爾·尼沃;托德·古斯塔夫森
• 申請（專利權）人: 耶路撒冷希伯來大學伊森姆研究發展有限公司
• 主分類號: B32B5/18
• 分類號: B32B5/18;C08J9/00;C08J9/28;C08J9/35;C08J9/40;C08J5/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 楊洲;鄭霞

技術領域

本發明大體涉及纖維素泡沫及包含纖維素和聚合物材料的高強度復合材料。本發明還涉及其作為芯材料和/或結構材料的應用。

發明背景

纖維素是具有數百到上萬個β(1→4)連接的D-葡萄糖單元的直鏈的多糖。纖維素是綠色植物、多種形式的藻類和卵菌(oomycete)的初生細胞壁的結構成分。纖維素還是木材的主要成分，且因此是紙的主要成分，且是地球上最常見的有機化合物。所有植物物質中的約33％是纖維素(棉花的纖維素含量為90％且木材的纖維素含量為40-50％)。

也稱為納米晶體纖維素(NCC)的纖維素晶須(CW)是由纖維素制得的纖維；NCC通常是高度純的單晶。它們構成了具有與相鄰原子的鍵合力相當的機械強度的一般類型的材料。所得到的高度有序的結構不僅產生了非常高的強度，而且顯著改變了電性質、光性質、磁性性質、鐵磁性質、介電性質、傳導性質且甚至是超電導性質方面。NCC的拉伸強度性質遠超過目前的高體積含量增強物的拉伸強度性質，且允許最高可獲得的復合強度的處理。關于NCC、它們的性質及它們可能在納米復合材料應用中作為增強相的用途的文獻綜述通過[1-3]給出。

另一種類型的納米纖維材料是稱為微原纖化纖維素(MFC)或納米原纖化纖維素(NFC)的納米纖維，其通過例如大體上漂白過的漿的酶促處理，之后大體上漂白過的漿的剪切且均化來制得。在一些情況下，應用酶促預處理，以減少所需要的生產能。由于采用相對溫和的條件，無定形纖維素保持完好，得到具有納米直徑的微米長纖維[4]。

細菌纖維素(BC)是從某些纖維素產生菌比如木葡糖桿菌(Gluconobacter?Xilinus)得到的納米結構的細胞外產物[5]。結晶度和純度通常比從植物來源得到的纖維素原纖維的結晶度和純度高(因為不存在木素或半纖維素)的纖維素原纖維的其橫截面本身就具有納米級尺寸。

聚合物泡沫是在復合材料的領域中具有高重要性的材料。泡沫被用于很多應用中，例如用于絕緣，結構部件比如汽車儀表板，及用于復合夾層板的生產中的芯材料，以實現高強度、能量耗散、絕緣和重量減輕。傳統的泡沫是由油基聚合物比如泡沫聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)和聚丙烯(PP)制得的。聚合物泡沫表現出高的絕緣性和重量減輕；然而，一些聚合物泡沫具有低強度且由于都是油基化石，因而它們表現出明顯的環境缺點。

目前，表明NCC及納米纖維可以通過簡單的方法加工成泡沫。用于生產這樣的泡沫的優選方法是通過將NCC或納米纖維懸浮液澆注到模具中，隨后冷凍干燥。泡沫還可以通過其它任何發泡技術比如超臨界流體萃取、微流體等來生產。所得到的也稱為氣凝膠的泡沫是高度多孔的且質量輕的。然而，這些泡沫顯示出低的壓縮抵抗性且因此它們作為芯材料的應用受到限制[3]。

已經顯示出，NCC顯著改進聚合物復合材料的機械性能。然而，為了獲得NCC在聚合物樹脂中的均勻懸浮液，需要高能量和通常昂貴的設備[6]。Pranger和Tannenbaum[7]已經證明可以通過干硫磺處理的纖維素納米原纖維來分配呋喃樹脂且起到用于呋喃聚合的催化劑的作用。

參考文獻

[1]De?Souza?Lima、M.和R.Borsali，Rodlike?cellulose?microcrystals：Structure，properties，and?applications.Macromolecular?Rapid?Communications，2004.25(7)。

[2]Samir，M.、F.Alloin和A.Dufresne，Review?ofrecent?research?into?cellulosic?whisrs，their?properties?and?their?application?innanocomposite?field.Biomacromolecules，2005.6(2)：第612-626頁。

[3]Eichhorn，S.等人，Review：current?international?research?into?cellulose?nanofibres?and?nanocomposites.Journal?of?Materials?Science.45(1)：第1-33頁。