[发明专利]一种高湿强度纤维素复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种高湿强度纤维素复合材料，涉及功能复合材料技术领域，所述复合材料由改性材料改性纤维素纳米纤丝获得，所述改性材料为植物油基聚合物，植物油基聚合物的结构式为：其中，R为H或CH₃；20≤m≤500，20≤n≤500，且m和n均为整数；x和y为大于等于1的整数；1≤q≤6，且q为整数。本发明还提供上述复合材料的制备方法。本发明的有益效果在于：在对材料刚性和强度影响较小的条件下，大幅度提高了纤维素材料的湿机械性能和表面疏水性，拓展了该类材料在湿环境下的应用。

技术领域

本发明涉及功能复合材料技术领域，具体涉及一种高湿强度纤维素复合材料及其制备方法。

背景技术

随着石油、天然气、矿物质等不可再生资源的消耗以及环境污染的日益加剧，利用丰富农林资源高效开发可再生、可降解的生物质基材料已然成了我国可持续发展战略的重要内容之一。纤维素是自然界中储量最为丰富的一类天然高分子，广泛存在于各种农林资源及其剩余物中。利用纤维素制备的膜材料不仅具有可以媲美石油基塑料的高透明性，还具有优异的机械性能、热性能、气体阻隔性能以及超精细结构等优点。此外，纤维素膜具备良好生物相容性、可再生再利用等特性，是近年来国内外新材料研究和应用开发的热点领域之一。

然而，纤维素膜作为一种高性能的新型绿色材料，虽然有可降解、来源广泛、性能优良等一系列的优点，但是其耐湿性能差、成本较高，使其在新兴功能材料领域中的广泛应用还受到限制。如公开号为CN 112745532A的专利申请公开一种基于不同分子量多糖的高强度湿度响应纳米纤维素膜，其虽然能够对颜色进行调控，但是其拉伸强度最高仅为67.3MPa左右，机械性能仍有待于进一步改善，且未对其湿强度进行测定。

在先研发工作中为了提高植物油基高分子与纤维素纳米晶体间的界面相容性，或利用烯烃点击反应对疏水性植物油高分子进行改性引入亲水性羟基或羧基(Macromolecules,2017,50,7475-7483)，或在油脂高分子侧链中引入酰胺基和环氧基团(Carbohydrate Polymers，2020，231，115739)，制备了生物质基湿度响应材料。但是，该类工艺需要使用大量有机溶剂，不利于环境保护，且纤维素纳米纤丝在有机溶剂中的分散性差，无法获得均匀的复合体系，仍需采用更加绿色高效的方法对纤维素膜进行改性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于现有技术中纤维素复合材料的机械性能仍有待于进一步改善，提供一种具有高机械强度和高湿强度的纤维素复合材料。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：

一种高湿强度纤维素复合材料，所述复合材料由改性材料改性纤维素纳米纤丝获得，所述改性材料为植物油基聚合物，所述植物油基聚合物的结构式为：

其中，R为H或CH₃；20≤m≤500，20≤n≤500，且m和n均为整数；x和y均为大于等于1的整数；1≤q≤6，且q为整数。

本发明具有长侧链结构的疏水性植物油基聚合物作为纤维素复合材料的改性剂，通过氢键和共价键作用构建了一个高度耐水的交联网络体系，复合过程中，植物油基聚合物中的酰胺基团和环氧基团与纤维素的羟基之间形成很好的氢键作用，在亲-疏水材料间形成良好的界面结合，此外，在改性过程中，纤维素的羟基又可对聚合物中的环氧基团开环固化，在体系间进一步以共价键结合，最终形成稳定可靠的耐水网络。纤维素和植物油基聚合物间的大量氢键有利于疏水聚合物在亲水基质中的分散，可以增强亲-疏水组分间的界面作用，并提高体系间的化学交联密度。良好的界面作用和体系间稳定的网络结构是提升纤维素膜耐水性能的关键因素，为纤维素复合薄膜的湿稳定性提供了可靠保证。