[发明专利]一种纳米粒子/纤维复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种纳米粒子/纤维复合材料的制备方法，利用蒸汽爆破法将纳米粒子均匀地分布在纤维上，以制备纳米粒子/纤维复合材料。本发明提供的纳米粒子/纤维复合材料的制备方法，利用蒸汽爆破法将纳米粒子均匀地分布在纤维上，以制备纳米粒子/纤维复合材料。本发明的制备方法，工序简单，成本低，能耗低，生产效率高，适合工业化生产。本发明的制备方法所制备的纳米粒子/纤维复合材料在无胶纤维板生产领域中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种纳米粒子/纤维复合材料的制备方法。

背景技术

纳米材料是指材料的尺寸一般为1-100nm，是一种介于原子、分子与宏观物质之间，处于中间状态的固体材料。纳米材料具有量子效应、小尺寸效应、表面效应和分形聚集特性等，从而表现出许多特有性质，可以用于光电磁敏感和催化等领域。大量研究表明无机纳米粒子具有透光、增强、耐水、隔热、防火、杀菌、防霉、自洁等效应，被广泛运用于材料保护及材料性能改良。如纳米ZnO则有很强的紫外线屏蔽作用和红外线吸收作用，能产生抗老化和抗菌的效果；纳米Al₂O₃、SiO₂主要应用于光学单晶及精细陶瓷，有优良的硬度、抗磨性和增韧作用，可大幅度地提高其强度和韧性；纳米Ag具有优异的防霉抗菌效果；纳米CaCO₃是一种应用广泛的补强剂，可提高硬度和刚度；纳米TiO₂具有强的光催化活性，能起到分解有机污染物、净化空气和杀菌自洁的作用。

目前，纤维材料在应用领域上仅限于生产中密度纤维板，生产期间产生的危害，如胶黏剂释放的甲醛、苯酚等有机物质越来越受到人们的关注，尤其是2008年4月18日美国加利福尼亚州空气资源委员会(CARB)颁发了降低复合木制品甲醛排放的有毒物质空气传播控制措施后，规定不符合CARB认证的复合木制品和含有复合木制品的成品都不能进入美国市场，因此，人们一直致力于研发新型的纤维材料，以生产无胶纤维板产品。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种纳米粒子/纤维复合材料的制备方法，以提供具有良好力学性能的纤维材料。

本发明提供的纳米粒子/纤维复合材料的制备方法，利用蒸汽爆破法将纳米粒子均匀地分布在纤维上，以制备纳米粒子/纤维复合材料。

可选地，包括如下步骤：

收集原料，并依据原料形态的不同，进行裁短或切片处理，然后进行干燥以使得所述原料的含水率小于10％，其中，所述原料包括木材、竹材以及相应的加工剩余物，农作物废弃物和禾本科野草；

将纳米粒子与所述原料进行混合并装入蒸煮罐中，进行蒸气爆破处理，获得蒸爆浆料，其中，所述蒸煮罐的蒸汽压力为1.0-5.0MPa，温度为100-200℃，保压1-30min，再将压力提高到5.0-10.0MPa后，突然卸压进行爆破，所述纳米粒子包括TiO₂、ZnO、Ag、SiO₂、Fe₃O₄、CaCO₃、Al₂O₃、Mg(OH)₂、Al(OH)₃、石墨烯、碳纤维以及碳纳米管，所述纳米粒子占所述原料绝干重量的0.05％-20％；

将所述蒸爆浆料进行气流干燥，使其含水率降至5％-16％，获得所述的纳米粒子/纤维复合材料。

可选地，所述农作物废弃物包括稻草、麦草、玉米秸秆、棉花杆和甘蔗渣，所述禾本科野草包括芦苇和芒杆。

可选地，在爆破之前，采用H₃PO₄、HCl、H₂SO₄和NaOH中的任意一种以调节所述纳米粒子与所述原料的混合物的pH值。

本发明还提供了一种纳米物质/生物质纤维复合材料，根据所述的制备方法制备得到。