[發明專利]一種微納米纖維素復合物、制備方法和用途

在審

• 申請號: 201810052985.0
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN110054808A
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 張金柱;王鵬輝;唐地源;張安;劉頂;梁蒙蒙
• 申請（專利權）人: 山東省圣泉生物質石墨烯研究院
• 主分類號: C08L1/02
• 分類號: C08L1/02;C08L97/00;C08K7/00;C08K3/04
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明涉及一種微納米纖維素復合物，所述微納米纖維素復合物包括微納米木質素纖維素，以及分散在微納米木質素纖維素中的石墨烯材料；所述微納米木質素纖維素包括10～35wt％的木質素。本發明利用石墨烯材料的薄層特點，使其與含有木質素的纖維素原料混合，石墨烯材料插層至含有木質素的纖維素原料中后，協同木質素剝離得到微納米木質素纖維素，所述過程不需要化學試劑，操作簡單易控；本發明提供的制備方法中，石墨烯起到插層作用，不需要將含有木質素的纖維素原料進行降木質素的前處理，即可直接剝離得到微納米纖維素復合物，環保無污染；本發明提供的制備方法中，采用機械預處理和高壓均質機結合的方式制備微納米纖維素復合物，可避免高壓均質機在破碎過程中的堵塞，減少磨損。

技術領域

本發屬于納米纖維素改性領域，具體涉及一種微納米纖維素復合物、制備方法和用途。

背景技術

隨著社會經濟的不斷發展，石油、煤炭等不可再生資源日益匱乏，環境污染等問題日益突出，可再生資源在各個領域中的應用越來越受到重視。植物纖維原料是地球上最主要的生物質資源，其高效綜合利用在整個生物質產業中將占有極為重要的地位。植物纖維主要由纖維素、木質素和半纖維素組成。纖維素是地球上廣泛存在且可再生的資源。由天然纖維素制備的納米纖維素不但具有巨大的比表面積、高親水性、高楊氏模量、高強度、良好的生物可降解性與生物相容性以及穩定的化學性能，還具有巨大的化學改性潛力，在造紙、吸附材料、電池隔膜和高性能復合材料等領域顯示出巨大的應用前景。

木質素是世界上第二位豐富的可再生資源，主要位于纖維素纖維之間，通過形成交織網來硬化細胞壁，起抗壓作用。木質素可作為分散劑、吸附劑和增強劑等使用，具有極其廣泛的利用價值。

納米纖維素常見的制備方法有化學法、機械法、生物法和人工合成法。其中機械法制備納米纖維素對環境影響小，步驟簡單，是適合大規模商業化生產的制備方法。由于硬質的木質素交織在纖維素中間，無法簡單的直接機械剝離制備納米纖維素，目前制備納米纖維素的方法中還沒有制得高木質素含量納米纖維素的。現有技術中仍需要首先用酸、堿對植物纖維進行預處理脫除木質素和半纖維素，再進行機械剝離，步驟繁瑣，預處理過程中使用的酸、堿或有機溶劑仍對環境造成一定污染。

此外，現有技術制備的微納米纖維素復合物與油性物質(如高分子聚合物或聚合單體)的相容性差，與高分子聚合物復合時存在團聚分散不均勻的問題。

本領域需要開發一種微納米纖維素復合物，其能夠與油溶性物質良好相容，且制備方法簡單，不會產生污染問題，且能夠直接以木質素含量較高的原料為對象進行處理。

發明內容

本發明的目的在于提供一種微納米纖維素復合物，所述微納米纖維素復合物包括微納米木質素纖維素，以及分散在微納米木質素纖維素中的石墨烯材料；

所述微納米木質素纖維素包括10～35wt％(例如12wt％、15wt％、18wt％、22wt％、27wt％、32wt％等)的木質素。

本發明制備的微納米纖維素復合物中木質素含量較高，纖維素直徑具有微納米尺寸，同時含有石墨烯材料。所述微納米纖維素復合物中，高含量的木質素提高了微納米纖維素復合物的疏水性，在非水性溶劑中表現出良好的分散性，同時提高了微納米纖維素復合物與聚合物材料的相容性，實現了不需要進行改性直接將微納米尺寸的纖維素分散在聚合物材料中的可能性。

所述微納米木質素纖維素可以理解為含有10～35wt％木質素，且直徑尺寸在1nm～1μm以內的纖維素材料。

優選地，所述石墨烯材料的含量為微納米木質素纖維素的15wt％以下(例如10wt％、8wt％、5wt％、2wt％、1wt％等)，優選5wt％以下，進一步優選1wt％以下。

優選地，所述石墨烯材料的厚度為≤20nm(例如18nm、15nm、12nm、8nm、5nm等)，優選3～10nm。