[發(fā)明專利]高強度高阻燃性木材自水解物基復(fù)合膜的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710817107.9
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107540859B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭鋒;陳閣谷;孫潤倉;付亙愨;胡亞潔
• 申請（專利權(quán)）人: 北京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L5/14;C08L97/00;C08K3/34;C08K3/04
• 代理公司: 北京金信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11225
• 代理人: 張皓;黃威

本發(fā)明公開了一種高強度高阻燃性木材自水解物基復(fù)合膜的制備方法及其應(yīng)用。所述制備方法包括以下步驟：(1)木材自水解物分散在100重量份的去離子水中；(2)將蒙脫土(MMT)溶解在去離子水中得到均勻的懸浮液；(3)配制氧化石墨烯分散液l，并與步驟(1)中得到的木材自水解物分散液和步驟(2)中得到的蒙脫土懸浮液混合攪拌，利用微孔過濾膜真空抽濾；(4)將制備好的復(fù)合膜置于真空干燥箱中，濾膜上將形成木材自水解物/蒙脫土/氧化石墨烯(WH?MMT?GO)復(fù)合膜。根據(jù)本發(fā)明的方法成本低廉、工藝簡單、綠色無污染，易于投入工業(yè)生產(chǎn)，得到的木材自水解物/蒙脫土/氧化石墨烯復(fù)合膜材料具有高強度、阻燃性、熱穩(wěn)定性、可降解性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及利用生物質(zhì)合成復(fù)合材料的領(lǐng)域，具體而言，涉及一種高強度高阻燃性木材自水解物基復(fù)合膜的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

大量石油基產(chǎn)品的不可再生及不可降解性對人類生活環(huán)境造成極大負擔。為了解決這個問題，越來越多的注意力轉(zhuǎn)移到開發(fā)利用綠色可再生、及易降解的資源來代替石油以制備化學(xué)品等產(chǎn)品。在天然聚合物中，農(nóng)林生物質(zhì)可轉(zhuǎn)化成生物燃料或化學(xué)品，因此農(nóng)林生物質(zhì)是寶貴可再生資源。半纖維素占生物質(zhì)資源的三分之一，可利用其生產(chǎn)材料。如何有效轉(zhuǎn)化利用半纖維素成為工業(yè)意義的新材料，以替代石油基產(chǎn)品，具有重要的理論和實踐意義。近年來，有關(guān)半纖維素的研究逐步得到了重視，特別是半纖維素的分離、純化和改性技術(shù)的提高，使其在造紙、食品包裝、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域有著潛在的商業(yè)價值。然而半纖維素的分離提純需要耗費大量的時間，利用純半纖維素制備材料耗時不經(jīng)濟。近年來，造紙工業(yè)為了減少化學(xué)品的消耗，通過熱水預(yù)抽提的方式，預(yù)先抽提出部分半纖維素，該部分物質(zhì)即為木材自水解物(Wood auto-hydrolysate,WH)，它含有大量半纖維素以及少量的木質(zhì)素。傳統(tǒng)上對于木材自水解物的利用主要是將半纖維素經(jīng)分離后，通過水解、發(fā)酵制取燃料乙醇等化學(xué)品，該利用方式耗時，且不能實現(xiàn)產(chǎn)品與成本之間的平衡。因此直接利用木材自水解物為原料將其轉(zhuǎn)化為包裝、涂層等材料既可以做到生物質(zhì)資源的充分可持續(xù)利用，又能為制漿造紙企業(yè)帶來附加經(jīng)濟利益，也為未來材料的制備提供一個很好的選擇。

木材自水解物由于含有大量的半纖維素，其優(yōu)點在于原料來源廣泛，且作為膜材料具有阻氧性好的優(yōu)點，但同時也具有半纖維素膜材料的機械性能差，分子中含有大量的羥基而造成膜易吸水，脆性較大等缺點，限制了其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。因此，為了獲得較好的木材自水解物基復(fù)合膜，必須加入一些增塑劑來提高木材自水解物基復(fù)合膜的性能。如何改進木材自水解物基復(fù)合膜的阻濕性能和力學(xué)性能也成為可降解材料的研究熱點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明首先對木材自水解物的化學(xué)成分進行分析，測定木材自水解物的固含量；并對其糖組分進行分析，半纖維素分子量，化學(xué)結(jié)構(gòu)進行了分析。采用一種綠色簡單的方式以木材自水解物和無機納米粘土蒙脫土為主要成分，引入氧化石墨烯以增強復(fù)合膜的性能。本發(fā)明成膜機理主要是氫鍵與共價鍵的共同作用下形成三元仿生納米復(fù)合膜材料。本發(fā)明方法是在溫和的條件下，通過物理作用制備具有似貝殼狀的納米仿生材料。

本發(fā)明的一個目的是提供一種木材自水解物基復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)2～15重量份的木材自水解物分散在100重量份的去離子水中，攪拌離心后得到均勻分散液，其中，所述木材自水解物主要組成成份為半纖維素、木質(zhì)素、單糖以及低聚木糖等，占總干重的約98.35％，半纖維素的含量為約61.33％，木質(zhì)素的含量為約10.51％，單糖含量為約12.81％，低聚木糖為約13.70％。

(2)將2～15重量份的蒙脫土(MMT)溶解在100重量份的去離子水中，攪拌、超聲1～3次，離心后得到均勻的懸浮液；

(3)配制氧化石墨烯分散液，其質(zhì)量濃度為2～5mg/ml，并將其與步驟(1)中得到的木材自水解物分散液和步驟(2)中得到的蒙脫土懸浮液混合攪拌8～24h，利用微孔過濾膜真空抽濾1h～24h，其中木材自水解物(干重)、蒙脫土和氧化石墨烯的重量份之比為2-8:0.5-6:0-3；