[发明专利]一种纳米SiO2

说明书

本发明公开了一种纳米SiO₂/LPF复合材料的制备方法，属于生物质能源化工领域，该方法包括：(1)碱溶木质素和二氧化硅；(2)在硅酸钠存在下，通过碱、助剂协同催化降解、酚化将木质素转化为木质素酚和单酚；(3)在表面活性剂和乙醇存在下，自组装沉淀制备二氧化硅/木质素酚杂化材料；(4)再原位分批加入甲醛，与颗粒表面酚羟基和游离小分子酚聚合反应，合成生物质酚基酚醛树脂，并包覆、固化在颗粒表面，制备出纳米二氧化硅/木质素酚基酚醛树脂(SiO₂/LPF)复合材料。经测试纳米SiO₂/LPF复合材料应用在橡胶制品中，显示出优异的补强性能。

技术领域

本发明属于生物质能源化工领域，具体地，涉及一种纳米SiO₂/LPF复合材料的制备方法。

背景技术

随着人们对温室气体排放和化石燃料短缺问题的日益关注，利用可再生资源替代化石资源生产高分子材料成为人们的迫切需求。生物质资源丰富可再生，是可再生能源资源中唯一的碳源。利用生物质中的半纤维素制备木糖、糠醛，利用纤维素生产葡萄糖、乙醇，唯有木质素还没有形成可大规模产业化的产品，目前仍有大量的木质素作为低热值燃料在燃烧。因此，高价值的木质素利用对综合生物炼制的经济可行性至关重要。由于木质素的独特结构，它是生产芳香族化合物唯一可行的可再生资源。它可缓解目前仅靠石油炼制为来源的酚类化合物的生产压力。但是，由于其结构的稳定性，降解并工业化利用木质素还存在很大的难点，大部分的木质素都没有被合理使用，造成了资源的巨大浪费。

目前，对制备木质素/二氧化硅复合材料的研究已经引起了广泛关注，并开展大量工作。公开号为CN113526513A的专利文献中公开的块状木质素-二氧化硅复合气凝胶，通过将木质素、交联剂及催化剂溶解于多元醇中，然后加入二氧化硅前驱体、硅烷偶联剂及去离子水，进行水解缩聚反应，反应充分后，干燥、退火得到块状木质素-二氧化硅复合气凝胶。公开号为CN113480862A的专利文献中公开了一种木质素-二氧化硅复合材料及其制备方法与应用，将胺化木质素与偏硅酸钠溶液进行第一反应，加入氯化铵溶液进行第二反应，调节pH为 1～5进行第三反应，即得木质素-二氧化硅复合材料。公开号为CN113367323A 的专利文献中公开了一种食品级多功能木质素/二氧化硅纳米颗粒乳化剂的绿色制备方法，首先将SiO₂纳米颗粒分散在水中，加入壳聚糖溶液改性，再加入预制水溶性木质素并搅拌，然后离心、超纯水清洗、冷冻干燥得最终样品。公开号为CN110446757A的专利文献中公开了一种从木质纤维素植物材料中同时提取木质素和二氧化硅的方法，包括：a)在酸性溶液条件下预处理；b)碱溶木质素和二氧化硅；c)调pH在5～6，共沉淀木质素和二氧化硅。公开号为CN107771791A的专利文献中公开了一种木质素磺酸盐/二氧化硅介孔纳米球及其制备方法，将木质素磺酸盐溶液与季铵盐型阳离子表面活性剂溶液混合，溶于短链醇，再加入正硅酸乙酯，在搅拌条件下逐滴加入氨水，继续搅拌即得。公开号为CN103665301A的专利文献中公开了一种二氧化硅/木质素型聚氨酯泡沫材料的制备方法。利用稻壳中的木质素制备木质素/二氧化硅纳米复合材料，然后经超声分散溶解于聚醚多元醇，再与异氰酸酯等原料复配，得到二氧化硅 /木质素型聚氨酯发泡材料。

上述专利技术对于合成木质素/二氧化硅复合材料及应用付出了大量研究开发工作，为有关研究的深入开展提供了重要的参考价值。但是，这些方法制备出来的木质素/二氧化硅复合物不同程度存在粒径大、分散性差且颗粒不规整，且无法保证木质素和氧化硅颗粒均匀混合，不能构成分子级别的纳米杂化，表面活性低，与聚合物材料的相容性差的问题难以解决，从而导致聚合物材料的力学性能降低。

木质素是一种异质多酚材料，木质素结构的非均质性大分子(大于10000单位)组成，且木质素的结构坚硬而难以化学刻蚀，降解困难且降解后容易再次聚合成大分子，而木质素增值过程中必须先进行降解。因此探索将木质素难降解的多酚网络解聚成芳香单体是木质素应用过程中亟待解决的难题。木质素分子量对粒径控制，对提高木质素的性能和广泛应用具有重要意义。

因此现有技术中需要一种新的技术方案解决这一问题。