[发明专利]一种微纳米纤维素复合物、及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种微纳米纤维素复合物的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)向尿素水溶液中加入石墨原料和含有木质素的纤维素原料，得到混合原料分散液；(2)将混合原料分散液机械剥离，得到微纳米纤维素复合物分散液；可选地，除去所述微纳米纤维素复合物分散液的溶剂得到微纳米纤维素复合物。本发明用尿素辅助对石墨材料和含有木质素的纤维素原料的剥离，之后利用剥离下来的物料进一步剥离剩余原料，不需要使用其他化学插层剂，环保且易操作；本发明制备得到的微纳米纤维素复合物在非水性溶剂中表现出良好的分散性，提高了微纳米纤维素复合物与聚合物材料的相容性。

技术领域

本发明属于纳米材料的制备领域，具体涉及一种微纳米纤维素复合物、及其制备方法和用途。

背景技术

石墨烯是一种由单层sp2杂化碳原子组成的蜂窝状结构的二维材料。自从2004年被发现起，石墨烯就成为了科学界的一大研究热点。石墨烯因其独特的结构，极高的机械强度，优良的传热导电性能、巨大的比表面积等优异的性能，使它在电池材料、储能材料、电子器件、复合材料等领域具有广泛的应用前景。

石墨烯常见的制备方法有机械剥离法、氧化还原法和化学沉积法等。机械剥离法是利用物体与石墨片的摩擦从石墨片表面逐层剥离得到石墨烯片，这种方法简单易行，但该方法还存在剥离效率低，时间长的问题，一度被认为无法工业化量产，因此需要添加插层剂以提高剥离效率。

CN 102874797A公开了一种大规模制备高质量石墨烯的方法，以可溶性盐类化合物作为剥离剂，然后通过超声处理得到石墨烯。该方法制备条件温和，操作简单，容易实现规模化生产。但可溶性盐作为剥离剂，不能有效破坏石墨烯片层间的相互作用，从而影响石墨烯的剥离效率。CN 105523549 A公开了一种用于机械剥离法制备石墨烯的剥离剂及应用，采用70～80％的聚合有机质，5～15％的有机发泡剂和10～20％的载体作为剥离剂，机械剥离制备石墨烯，所得石墨烯产率高，结构缺陷小，可以明显缩短机械剥离制备石墨烯的时间。但所用剥离剂不环保，并且插层效果和对石墨烯助分散效果不明显。

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。

本领域将石墨烯和纳米纤维素复合，期望能够增强基体材料的强度，但是由于两者与有机基材的相容性差，在有机基材中容易团聚，分散不均匀，反而造成基材强度的下降。

本领域需要开发一种能够环保高效制备石墨烯和纳米级纤维素复合物的方法，且制备得到的产品与有机基材具有良好的相容性。

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的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)向尿素水溶液中加入石墨原料和含有木质素的纤维素原料，得到混合原料分散液；

(2)将混合原料分散液机械剥离，得到微纳米纤维素复合物分散液；

可选地，除去所述微纳米纤维素复合物分散液的溶剂得到微纳米纤维素复合物。

在本发明中，尿素在初期能够对石墨和/或含有木质素的纤维素原料进行剥离得到少量的石墨烯和/或微纳米木质素纤维素，随后剥离下来的石墨烯和/或微纳米木质素纤维素能够继续作为插层剂对原料进行剥离，例如剥离下来的石墨烯可以剥离含有木质素的纤维素原料得到微纳米木质素纤维素，而剥离下来的微纳米木质素纤维素可以剥离石墨原料得到石墨烯。

在本发明提供的微纳米纤维素复合物的制备方法中，尿素起到辅助剥离作用，后续石墨烯作为插层剂剥离含有木质素的纤维素原料，而微纳米木质素纤维素又作为插层剂剥离石墨原料。