[发明专利]一种透明耐水植物纳米纤维复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种植物纤维复合材料及其制备方法，具体为一种透明耐水植物纳米纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

目前，随着社会科学的进步，在林木业材料中诞生了一种新型植物纳米纤维，这种植物纳米纤维利用高速机械剪切与冲击，或结合化学预处理将植物纤维纤维素分离成直径低于100nm的微细纤维。相对于传统纤维（直径为微米、毫米级），这种纳米纤维拥有优异的力学性能，其弹性模量接近150GPa,拉伸强度超过2GPa。同时这些细长纤维表面富含羟基，长径比大，在室温条件下能均匀分散在水溶液中，网状交织缠结，呈稳定的胶体状态。经超细过滤去除水分后，相邻纤维通过氢键及机械互锁作用，形成致密的半透明的层状网络结构薄膜，拉伸弹性模量和强度分别高达10GPa与250MPa，力学性能突出；且小分子物质如水、氧气、二氧化碳也不易渗透。

目前，这种新型纳米薄膜正用于包装材料、导电基体材料、生物医用载体材料以及复合材料等多个领域。然而，纳米纤维薄膜完全由氢键结合，在高湿环境中易吸水破坏，降低性能，严重制约和影响着其使用寿命与广泛应用。不仅如此，这些薄膜厚度通常不足0.2mm，势必未能充分发挥纳米纤维优异的力学性能，同时也限制了其大尺度、大径级材料的开发与利用。因此，设计与开发一种高强质轻，耐水的大尺度纳米纤维复合材料具有极大的现实意义和应用前景。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题在于提供一种透明耐水植物纳米纤维复合材料的制备方法，以解决上部技术背景中的缺陷。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种透明耐水植物纳米纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1、将一定质量分数植物纳米纤维材料配制成纳米纤维悬浮液，并将此纳米纤维悬浮液按质量比2：1的比例与去离子水混合，在高速搅拌条件下搅拌0.5h，然后将上述溶液在超声波辐射下分散0.5h，待溶液为无色透明状即可。

2、将分散均匀的纳米纤维溶液在纤维素渗透膜过滤系统中加压过滤，滤去水分，形成胶体状湿膜，其中，加压过滤系统中的加压压力为0.6MPa，且形成的胶体状湿膜的水分含量约为纳米纤维质量的5-6倍。

3、将湿膜进行真空冷冻干燥，使得干燥后的薄膜水分含量约为5-8%。

4、将干燥后的纳米纤维干膜层积复合，其层积复合方式为：将经过干燥后的薄膜双面涂上热固性环氧树脂，预固化30min后，层积冷压固化30min，然后再热压固化1.5-2.5h，即可得到成品。

在本发明中，所述植物纳米纤维材料的质量分数为20-25%。

在本发明中，所述步骤2中的纤维素渗透膜的滤膜的孔径为0.1-0.8μm，且加压过滤时间以湿膜中纳米纤维的质量分数而定。

在本发明中，所述步骤2中的加压过滤系统可用真空过滤系统进行替代，其真空滤去纳米纤维溶液的真空压力为0.5-0.7MPa。

在本发明中，所述步骤3中的冷冻干燥温度为-50℃，真空压力0.01MPa，干燥时间以薄膜最终含水率达到5-8%为止。

在本发明中，所述步骤4中的热固化压力为100MPa，温度为130℃，作用时间为1.5-2.5h。

在本发明中，所述步骤4中的冷固化压力为30MPa，温度为25℃，作用时间为30min。

有益效果：本发明所述方法及其制备的植物基纳米纤维层积复合材料具有良好的力学性能，同时也提高了纳米纤维复合材料的耐候性能。层积结构不仅赋予复合材料高强度、也增加了材料的尺度，推动该材料成为一种绿色环保、高强质轻新型纳米复合材料。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1：

第1步：一定质量分数的纳米纤维悬浮液按质量比2:1与去离子水混合，首先在高速搅拌条件下搅拌 0.5h，然后将上述溶液在超声波辐射下充分分散0.5h，待溶液为无色透明状即可。

第2步：将分散均匀的纳米纤维在加压（或真空）过滤系统中滤去部分水分，形成胶体状湿膜，其中加压压力0.6MPa。湿膜的水分含量约为纳米纤维质量的5-6倍。

第3步：将湿膜进行冷冻干燥，干燥后的薄膜水分含量约为5-8%。

第4步：纳米纤维干膜层积复合。经过干燥后的薄膜双面涂上热固性环氧树脂，树脂与薄膜质量比为1:1，预固化30min后, 层积冷压固化30min，然后再热压固化2h。

实施例2：