[发明专利]一种具有钢筋混凝土结构的高强纤维素/木素复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有钢筋混凝土结构的高强纤维素/木素复合材料及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：（1）将木材切成所需特定形状的木片；（2）将木片浸泡在含有亚硫酸钠、氢氧化钠和甲醇蒸煮液的反应釜中，蒸煮；（3）将蒸煮后的木片用清水洗涤，除去残余蒸煮液后，加压干燥，得到所述具有钢筋混凝土结构的高强纤维素/木素复合材料。本发明的复合材料具有钢筋混凝土结构，抗张强度最高达810MPa，是原始木片的20倍。本发明制备方法工艺简单，制备过程中不需要添加任何难生物降解和对环境有害的物质，是一种高效率、环境友好的制备方法。

技术领域

本发明属于生物基材料领域，尤其涉及一种具有钢筋混凝土结构的高强纤维素/木素复合材料及其制备方法。

背景技术

高强复合材料在航空航天、汽车、建筑等领域有广泛的应用。但是，目前由于石油危机与环境问题等全球性问题，大量的研究旨在用生物材料来替代不可再生石油基材料制备高强复合材料，以实现人与自然的可持续发展。木材是最广泛使用的生物材料，主要由定向排列的纤维素纤维、木素和半纤维素构成，具有机械性能优异、储量大、可再生以及可生物降解等优点，是一种环境友好型材料，在家具制造、房屋建筑和造船等领域广泛应用。木材表现出的优异机械性能，主要来源于木材微孔的结构、木质纤维的层次结构以及纤维与木素和半纤维之间的相互作用(Gibson L J.The hierarchical structure andmechanics of plant materials[J].Journal of the Royal Society Interface,2012,9(76):2749-2766)。纤维素纤维细胞壁由薄的初级壁和三个次级层(S1，S2和S3)组成。每层主要由纳米纤维素纤维组成，并被半纤维素和木质素组成的无定形基质包围。纤维素分子链通过氢键平行排列成基原纤，其通过自主装定向排列成为原纤聚集体，原先聚合体进一步通过氢键组装成木质纤维的细胞壁。木质纤维的层级结构赋予木材优异的力学性能。此外，木质素和半纤维素分布于纤维的细胞壁中，起到填充和粘结的作用，能以物理和化学的方式使纤维素纤维之间粘结和加固，维持木材的刚性。此外，木素能够在木材体内形成一层疏水外壳，保证水分的正常运输。因此，利用木材的微孔结构，纤维素纤维的层级结构以及木素的抗水和粘结特性，制备天然高强度复合材料具有重要社会和经济价值。