[發明專利]高填充的再生纖維素基功能復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910997002.5
• 申請日: 2019-10-20
• 公開（公告）號: CN110684216A
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 吳凱;劉丁僥;張永正;雷楚昕
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C08J3/21
• 分類號: C08J3/21;C08L1/02;C08K9/04;C08K7/00;C08K3/38;C08K3/04;D01F2/02;D01F1/10;C08J5/18;C08J9/28;C08K5/1515
• 代理公司: 32203 南京理工大學專利中心
• 代理人: 劉海霞

本發明公開了一種高填充的再生纖維素基功能復合材料及其制備方法。本發明通過將功能填料，強堿、尿素和水組成的溶液混合后球磨，得到功能填料的漿料，再與再生纖維素溶液機械攪拌混合，得到具有高可加工性的再生纖維素基前驅體漿料。利用本發明的再生纖維素基前驅體漿料通過濕法紡絲、鑄膜、與環氧氯丙烷混合后傾倒入模具能夠分別制備一維、二維和三維再生纖維素基功能復合材料。以本發明制得的前驅體漿料為基礎原料，即使在高的填充含量下，填料依然能夠穩定并均勻地分散在體系中，利于制備高性能的再生纖維素基復合材料，拓寬了再生纖維素基功能復合材料的應用的領域。

技術領域

本發明屬于功能化再生纖維素基納米復合材料制備技術領域，涉及一種高填充的再生纖維素基功能復合材料及其制備方法。

背景技術

再生纖維素(RC)作為一種綠色環保的生物質材料，它在自然界有豐富的存儲量，加工方式綠色環保，在替代傳統石油基高分子材料(如PP、PE等)領域具有非常誘人的前景。再生纖維素制備得到的材料具有優異的機械性能，在傳統的聚合物應用領域如織物、塑料袋、食物封裝等有廣泛的應用。但是隨著新興科技的發展，如可穿戴技術等，對高分子材料提出了新的需求：要求其在保持其機械性能的同時具有導電、導熱、電磁屏蔽等性能。而再生纖維素材料的本征特性不能滿足當前時代發展對新材料功能性的需求，因此再生纖維素功能性的開發對其在新材料領域的應用具有重要的意義。

向聚合物中引入具有功能性的填料是聚合物基復合材料功能性開發的主要方法，例如向聚合物中加入具有高導電的石墨烯、碳納米管或銀納米線等填料可以賦予聚合物電磁屏蔽性能；向聚合物中引入具有高導熱系數的氧化鋁、氮化硼等填料可以賦予聚合物更好的傳熱性能。填料的填充含量與其在基體中的分散狀態是影響復合材料性能的關鍵因素。一方面，通常情況下只有當填料含量足夠高時，復合材料的功能性才能夠得到明顯地提升。傳統實現高填充含量的加工方法是通過熔融共混，通過在加工過程中對填料和聚合物熔體施加強烈的剪切力從而實現功能填料和聚合物的復合。但是因為纖維素大分子鏈中存在大量羥基，其結晶區內所有的羥基之間都形成了強的氫鍵，因此纖維素無法通過熔融加工的方法實現纖維素與功能填料的共混。現有的纖維素和填料共混的方式主要是通過簡單機械混合的方式將填料和再生纖維素溶液直接混合。但在高的填充含量下，該混合方式很難實現填料在基體中的均勻分散。這是因為大多數功能填料(如氮化硼、石墨烯、碳納米管等)表面官能團很少，當填料含量過高時，填料之間很容易因分子間作用力而團聚，從而導致復合材料的力學性能、可加工性等大幅度下降，無法投入到實際的生產和使用，不利于纖維素基復合材料功能應用的開發。因此，如何同時實現高填料含量填充以及均勻分散是纖維素基功能復合材料領域發展亟需解決的關鍵問題。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種具有高可加工性的再生纖維素基前驅體漿料，包括再生纖維素溶液和功能填料，通過以下步驟制備：

步驟1，將功能填料，強堿、尿素和水組成的溶液混合后球磨，得到功能填料的漿料；

步驟2，將再生纖維素溶液與功能填料的漿料通過機械攪拌的方法混合，得到再生纖維素基前驅體漿料。

優選地，步驟1中，所述的尿素和水的質量比為15:77，強堿的質量與尿素和水的總質量的比例為4～7:46。

優選地，步驟1中，所述的球磨的轉速為200～900rpm，球磨時間為0.25～12h。

優選地，步驟1中，所述的強堿為氫氧化鉀、氫氧化鈉或氫氧化鋰。

優選地，步驟1中，所述的再生纖維素溶液采用下述方法制得：在-15℃～0℃下，將強堿和尿素組成的水溶液溶解再生纖維素原料，循環凍融，得到無色透明的再生纖維素溶液，所述的強堿為氫氧化鉀、氫氧化鈉或氫氧化鋰。

優選地，步驟2中，所述的再生纖維素溶液中再生纖維素的質量濃度為4～6％。

優選地，步驟2中，所述的機械攪拌的攪拌速率為500～1000rpm。