[发明专利]一种六方氮化硼/木材复合气凝胶及其制备方法

说明书

本发明涉及复合材料制备技术领域，尤其是一种六方氮化硼/木材复合气凝胶及其制备方法。本发明对天然巴沙木原材料进行化学处理后，将得到的木材水凝胶浸入六方氮化硼悬浮液中进行浸渍，通过定向冷冻工艺及冷冻干燥工艺构建了一种六方氮化硼/木材复合气凝胶，制备工艺简单且可控，为实现规模化工业生产提供了保障。制备的材料结合了六方氮化硼增强相与木材气凝胶基体各自的结构特征优势且涉及的原材料来源丰富广泛易获得。不仅解决了现有技术中存在的木材气凝胶在溶剂交换及干燥处理过程中容易发生结构皱缩、孔腔坍塌，从而使其性能大幅度降低的问题，而且还因六方氮化硼的引入使木材气凝胶具有功能特性。

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域，尤其是一种六方氮化硼/木材复合气凝胶及其制备方法。

背景技术

木材气凝胶是一种新型的纤维素气凝胶材料，它不仅具有低密度、高孔隙率、高比表面积、低导热系数、高绝缘性、高机械强度、压缩回弹性能等特征优势，并且其原材料来源广泛、廉价且丰富，具备生物相容性和生物可降解性，在保温隔热、催化载体、电化学储能、吸附过滤、隔声降噪、生物支架、压力传感、智能穿戴等方面有极大的发展潜力。因此，木材气凝胶备受研究人员的关注。

木材气凝胶一般是由木材水凝胶经干燥后得到的，由于其分子链上丰富羟基的亲水作用使其在溶剂交换及干燥处理过程中容易发生结构皱缩、孔腔坍塌，从而导致其差的压缩回弹性能和低的弹性模量，限制了该材料在众多前沿领域中的应用。

发明内容

针对现有技术中存在的木材气凝胶在溶剂交换及干燥处理过程中容易发生结构皱缩、孔腔坍塌，从而使其性能大幅度降低的问题，本发明提供一种六方氮化硼/木材复合气凝胶及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提供一种六方氮化硼/木材复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

S1：将天然巴沙木浸入沸腾的氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中处理，清洗至中性后浸入过氧化氢溶液中处理，再次清洗至中性，得到木材水凝胶；

S2：将木材水凝胶浸入沸腾的六方氮化硼悬浮液中处理，得到六方氮化硼/木材复合水凝胶；

S3：将六方氮化硼/木材复合水凝胶进行定向冷冻，冷冻干燥后得到六方氮化硼/木材复合气凝胶。

优选地，天然巴沙木的密度为70.0～220.0mg/cm³。

优选地，氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中氢氧化钠的摩尔浓度为2.0～3.0mol/L，亚硫酸钠的摩尔浓度为0.2～0.7mol/L。

优选地，过氧化氢的摩尔浓度为2.0～3.0mol/L。

优选地，六方氮化硼悬浮液中六方氮化硼的粒径为0.6μm、5.0μm和10.0μm中的一种或多种。

优选地，六方氮化硼悬浮液中六方氮化硼的质量分数为0.5～5.0％。

进一步地，S1的具体操作为：将天然巴沙木浸入沸腾的氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中处理3～8h；

将处理后的天然巴沙木在沸腾的水中清洗至中性后浸入沸腾的过氧化氢溶液中进行二次处理10～30h；

将二次处理后的天然巴沙木在沸腾的水中清洗至中性后得到木材水凝胶。

优选地，S2中，木材水凝胶浸入沸腾的六方氮化硼悬浮液中处理的时间为5～10h。

优选地，S3中定向冷冻的温度为-80～-30℃，冷冻干燥的时间为20～40h。

本发明还提供一种利用上述方法制备的六方氮化硼/木材复合气凝胶，所述六方氮化硼/木材复合气凝胶的密度为36.4～133.1mg/cm³。