[发明专利]一种微纳米纤维素复合物、制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种微纳米纤维素复合物，所述微纳米纤维素复合物包括微纳米木质素纤维素，以及分散在微纳米木质素纤维素中的石墨烯材料；所述微纳米木质素纤维素包括10～35wt％的木质素。本发明利用石墨烯材料的薄层特点，使其与含有木质素的纤维素原料混合，石墨烯材料插层至含有木质素的纤维素原料中后，协同木质素剥离得到微纳米木质素纤维素，所述过程不需要化学试剂，操作简单易控；本发明提供的制备方法中，石墨烯起到插层作用，不需要将含有木质素的纤维素原料进行降木质素的前处理，即可直接剥离得到微纳米纤维素复合物，环保无污染；本发明提供的制备方法中，采用机械预处理和高压均质机结合的方式制备微纳米纤维素复合物，可避免高压均质机在破碎过程中的堵塞，减少磨损。

技术领域

本发属于纳米纤维素改性领域，具体涉及一种微纳米纤维素复合物、制备方法和用途。

背景技术

随着社会经济的不断发展，石油、煤炭等不可再生资源日益匮乏，环境污染等问题日益突出，可再生资源在各个领域中的应用越来越受到重视。植物纤维原料是地球上最主要的生物质资源，其高效综合利用在整个生物质产业中将占有极为重要的地位。植物纤维主要由纤维素、木质素和半纤维素组成。纤维素是地球上广泛存在且可再生的资源。由天然纤维素制备的纳米纤维素不但具有巨大的比表面积、高亲水性、高杨氏模量、高强度、良好的生物可降解性与生物相容性以及稳定的化学性能，还具有巨大的化学改性潜力，在造纸、吸附材料、电池隔膜和高性能复合材料等领域显示出巨大的应用前景。

木质素是世界上第二位丰富的可再生资源，主要位于纤维素纤维之间，通过形成交织网来硬化细胞壁，起抗压作用。木质素可作为分散剂、吸附剂和增强剂等使用，具有极其广泛的利用价值。

纳米纤维素常见的制备方法有化学法、机械法、生物法和人工合成法。其中机械法制备纳米纤维素对环境影响小，步骤简单，是适合大规模商业化生产的制备方法。由于硬质的木质素交织在纤维素中间，无法简单的直接机械剥离制备纳米纤维素，目前制备纳米纤维素的方法中还没有制得高木质素含量纳米纤维素的。现有技术中仍需要首先用酸、碱对植物纤维进行预处理脱除木质素和半纤维素，再进行机械剥离，步骤繁琐，预处理过程中使用的酸、碱或有机溶剂仍对环境造成一定污染。

此外，现有技术制备的微纳米纤维素复合物与油性物质(如高分子聚合物或聚合单体)的相容性差，与高分子聚合物复合时存在团聚分散不均匀的问题。

本领域需要开发一种微纳米纤维素复合物，其能够与油溶性物质良好相容，且制备方法简单，不会产生污染问题，且能够直接以木质素含量较高的原料为对象进行处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微纳米纤维素复合物，所述微纳米纤维素复合物包括微纳米木质素纤维素，以及分散在微纳米木质素纤维素中的石墨烯材料；

所述微纳米木质素纤维素包括10～35wt％(例如12wt％、15wt％、18wt％、22wt％、27wt％、32wt％等)的木质素。

本发明制备的微纳米纤维素复合物中木质素含量较高，纤维素直径具有微纳米尺寸，同时含有石墨烯材料。所述微纳米纤维素复合物中，高含量的木质素提高了微纳米纤维素复合物的疏水性，在非水性溶剂中表现出良好的分散性，同时提高了微纳米纤维素复合物与聚合物材料的相容性，实现了不需要进行改性直接将微纳米尺寸的纤维素分散在聚合物材料中的可能性。

所述微纳米木质素纤维素可以理解为含有10～35wt％木质素，且直径尺寸在1nm～1μm以内的纤维素材料。

优选地，所述石墨烯材料的含量为微纳米木质素纤维素的15wt％以下(例如10wt％、8wt％、5wt％、2wt％、1wt％等)，优选5wt％以下，进一步优选1wt％以下。

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