[发明专利]高强度高阻燃性木材自水解物基复合膜的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种高强度高阻燃性木材自水解物基复合膜的制备方法及其应用。所述制备方法包括以下步骤：(1)木材自水解物分散在100重量份的去离子水中；(2)将蒙脱土(MMT)溶解在去离子水中得到均匀的悬浮液；(3)配制氧化石墨烯分散液l，并与步骤(1)中得到的木材自水解物分散液和步骤(2)中得到的蒙脱土悬浮液混合搅拌，利用微孔过滤膜真空抽滤；(4)将制备好的复合膜置于真空干燥箱中，滤膜上将形成木材自水解物/蒙脱土/氧化石墨烯(WH‑MMT‑GO)复合膜。根据本发明的方法成本低廉、工艺简单、绿色无污染，易于投入工业生产，得到的木材自水解物/蒙脱土/氧化石墨烯复合膜材料具有高强度、阻燃性、热稳定性、可降解性。

技术领域

本发明涉及利用生物质合成复合材料的领域，具体而言，涉及一种高强度高阻燃性木材自水解物基复合膜的制备方法及其应用。

背景技术

大量石油基产品的不可再生及不可降解性对人类生活环境造成极大负担。为了解决这个问题，越来越多的注意力转移到开发利用绿色可再生、及易降解的资源来代替石油以制备化学品等产品。在天然聚合物中，农林生物质可转化成生物燃料或化学品，因此农林生物质是宝贵可再生资源。半纤维素占生物质资源的三分之一，可利用其生产材料。如何有效转化利用半纤维素成为工业意义的新材料，以替代石油基产品，具有重要的理论和实践意义。近年来，有关半纤维素的研究逐步得到了重视，特别是半纤维素的分离、纯化和改性技术的提高，使其在造纸、食品包装、生物医药等领域有着潜在的商业价值。然而半纤维素的分离提纯需要耗费大量的时间，利用纯半纤维素制备材料耗时不经济。近年来，造纸工业为了减少化学品的消耗，通过热水预抽提的方式，预先抽提出部分半纤维素，该部分物质即为木材自水解物(Wood auto-hydrolysate,WH)，它含有大量半纤维素以及少量的木质素。传统上对于木材自水解物的利用主要是将半纤维素经分离后，通过水解、发酵制取燃料乙醇等化学品，该利用方式耗时，且不能实现产品与成本之间的平衡。因此直接利用木材自水解物为原料将其转化为包装、涂层等材料既可以做到生物质资源的充分可持续利用，又能为制浆造纸企业带来附加经济利益，也为未来材料的制备提供一个很好的选择。

木材自水解物由于含有大量的半纤维素，其优点在于原料来源广泛，且作为膜材料具有阻氧性好的优点，但同时也具有半纤维素膜材料的机械性能差，分子中含有大量的羟基而造成膜易吸水，脆性较大等缺点，限制了其在生产生活中的应用。因此，为了获得较好的木材自水解物基复合膜，必须加入一些增塑剂来提高木材自水解物基复合膜的性能。如何改进木材自水解物基复合膜的阻湿性能和力学性能也成为可降解材料的研究热点。

发明内容

本发明首先对木材自水解物的化学成分进行分析，测定木材自水解物的固含量；并对其糖组分进行分析，半纤维素分子量，化学结构进行了分析。采用一种绿色简单的方式以木材自水解物和无机纳米粘土蒙脱土为主要成分，引入氧化石墨烯以增强复合膜的性能。本发明成膜机理主要是氢键与共价键的共同作用下形成三元仿生纳米复合膜材料。本发明方法是在温和的条件下，通过物理作用制备具有似贝壳状的纳米仿生材料。

本发明的一个目的是提供一种木材自水解物基复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)2～15重量份的木材自水解物分散在100重量份的去离子水中，搅拌离心后得到均匀分散液，其中，所述木材自水解物主要组成成份为半纤维素、木质素、单糖以及低聚木糖等，占总干重的约98.35％，半纤维素的含量为约61.33％，木质素的含量为约10.51％，单糖含量为约12.81％，低聚木糖为约13.70％。

(2)将2～15重量份的蒙脱土(MMT)溶解在100重量份的去离子水中，搅拌、超声1～3次，离心后得到均匀的悬浮液；

(3)配制氧化石墨烯分散液，其质量浓度为2～5mg/ml，并将其与步骤(1)中得到的木材自水解物分散液和步骤(2)中得到的蒙脱土悬浮液混合搅拌8～24h，利用微孔过滤膜真空抽滤1h～24h，其中木材自水解物(干重)、蒙脱土和氧化石墨烯的重量份之比为2-8:0.5-6:0-3；