[发明专利]基于木质纤维素与细菌纤维素的复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了基于木质纤维素与细菌纤维素的复合材料及其制备方法和应用，属于生物质纤维素材料技术领域。该方法为将木片加入亚氯酸钠和冰醋酸混合溶液中进行预处理，并进行灭菌处理，得到灭菌后的脱木质素木片；采用静态培养初步形成细菌纤维素薄膜，向初步形成的细菌纤维素薄膜表面平铺灭菌后的脱木素木片，继续静置发酵培养，得到木质纤维素‑细菌纤维素复合材料；然后高温碳化获得碳纤维复合材料。本发明制备方所使用的原料均来自于天然可再生的生物质材料，具有原料成本低廉、技术方法简单等特点；实现了植物纤维和细菌纤维在空间取向上的互补，该材料对电磁波具有较强的吸收能力。

技术领域

本发明属于生物质纤维素材料技术领域，具体涉及一种基于木质纤维素与细菌纤维素的复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

吸波复合材料是一种兼具承载性和吸波性能的功能性材料，能够最大程度上将入射的电磁波转化为热能等能量形式并最终耗散掉，避免二次反射所造成的环境污染。传统的吸波材料以金属为主，但金属材料密度大、耐腐蚀性差等缺点限制了其在电磁防护领域的应用。因此，寻找厚度薄、质量轻、频带宽、热稳定性好的吸波材料成为当前科研工作者的研究重点。目前，以石墨烯、碳纳米管、富勒烯等为代表的新型碳纳米材料因具有比表面积大、导电性好、密度低、热稳定性好等特点被广泛应用在电磁防护领域。由于微波进入碳材料后可在碳材料孔结构中通过多次反射而被消耗掉，因此碳纳米材料自身的孔隙结构对于吸波性能具有极为重要的影响。

细菌纤维素是一种天然的纤维素材料，其具有高纯度、高柔韧性、高强度、高孔隙率、高度纳米纤维交联等特点。碳化后的细菌纤维素仍能保持其原有的三维纳米网络结构，同时兼具优异的导电性，有效吸收更多电磁波。

与具有不规则结构的材料相比，木材拥有天然的各向异性微观结构，木质纤维素微纤在木材中具有高度取向性，其所形成的孔道可作为功能性复合材料的模板。木材在生长过程中，由于所需养分需要自下而上进行“抽提”，因此木质纤维具有天然的各向异性特征。如何将木质纤维素应用于复合材料的制备中是现在亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的一个技术问题在于提供一种基于木质纤维素与细菌纤维素的复合材料的制备方法，具有制备工艺简单，原料成本低等优点，该制备方以脱木素的木片作为蜂窝状多孔模板，利用生物发酵过程将细菌纤维素原位生长于木质纤维素孔道表面与内部，细菌纤维素形成的网络平面正交于木材孔道取向，再进一步碳化得到碳化木质纤维/细菌纤维复合材料。本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种基于木质纤维素与细菌纤维素的复合材料，该材料实现了植物纤维和细菌纤维在空间取向上的互补。本发明要解决的又一个技术问题在于提供一种碳化木质纤维/细菌纤维复合材料的应用，所制备的木质纤维素与细菌纤维素的复合材料作为吸波材料应用于电磁防护领域，可以降低吸波复合材料重量和厚度，同时，还可以兼顾高频和低频电磁波的吸收。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

基于木质纤维素与细菌纤维素的复合材料的制备方法，将木片加入亚氯酸钠和冰醋酸的混合溶液中进行预处理，并进行灭菌处理，得到灭菌后的脱木质素木片；采用静态培养初步形成细菌纤维素薄膜，向初步形成的细菌纤维素薄膜表面平铺灭菌后的脱木素木片，继续静置发酵培养，得到木质纤维素-细菌纤维素复合材料；在惰性气体气氛保护下高温碳化获得碳化木质纤维/细菌纤维复合材料，具体步骤如下：

1)将亚氯酸钠和冰醋酸混合溶液，倒入装有木片的反应容器中，加热至沸腾，保温反应3～5h，期间更换混合溶液3～5次；反应结束后冷却，并用乙醇和去离子水反复洗涤，冷冻干燥，得到脱木素木片；

2)将所述的脱木素木片进行灭菌处理，得到灭菌后的脱木素木片；

3)配制细菌培养基，并接入木醋杆菌，在玻璃培养皿中静态培养，初步形成细菌纤维素薄膜；

4)向初步形成的细菌纤维素薄膜表面平铺灭菌后的脱木素木片，继续静置发酵培养；