CN112094439A - 一种纳米纤维素-云母片复合板材及其制备方法 - Google Patents

一种纳米纤维素-云母片复合板材及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112094439A
CN112094439A CN201910526088.3A CN201910526088A CN112094439A CN 112094439 A CN112094439 A CN 112094439A CN 201910526088 A CN201910526088 A CN 201910526088A CN 112094439 A CN112094439 A CN 112094439A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ions
cellulose
nano
mica sheet
nanocellulose
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910526088.3A
Other languages
English (en)
Inventor
俞书宏
管庆方
韩子盟
杨怀斌
凌张弛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology of China USTC
Original Assignee
University of Science and Technology of China USTC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology of China USTC filed Critical University of Science and Technology of China USTC
Priority to CN201910526088.3A priority Critical patent/CN112094439A/zh
Publication of CN112094439A publication Critical patent/CN112094439A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/16—Halogen-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/16—Halogen-containing compounds
    • C08K2003/162—Calcium, strontium or barium halides, e.g. calcium, strontium or barium chloride

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明提供了一种纳米纤维素‑云母片复合板材的制备方法，包括以下步骤：A)将纳米纤维素、云母片和金属离子键交联剂混合，得到初始混合物；B)将所述初始混合物进行压缩，得到纳米纤维素‑云母片复合板材。本申请还提供了一种纳米纤维素‑云母片复合板材。本申请制备的纳米纤维素‑云母片复合板材具有极低热膨胀率、高强度、高韧性等性能。

Description

一种纳米纤维素-云母片复合板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及新材料开发技术领域，尤其涉及一种纳米纤维素-云母片复合板材及其制备方法。
背景技术
纳米纤维素是纤维素的物理最小结构单元，具体是直径1～100nm的纤维。纳米纤维素具有诸多优异性能，例如密度低、可降解、杨氏模量高、强度高、结晶度高以及比表面积大等，这使其在诸多领域具有广泛的应用潜力和价值。随着环境问题的日益突出，与其他纳米材料相比，纳米纤维素生物相容性好、可生物降解、可再生以及反应活性高等的优势，使得纳米纤维素的利用研究越来越多。
云母片是一种层状结构的硅酸盐，可剥离成极薄的片状，片厚可达1μm以下(理论上可削成0.001μm)，具有诸多优异性能，包括径厚比大、抗磨性和耐磨性好、耐热绝缘、难溶于酸碱溶液以及化学性质稳定等。另外，云母片由于其独特的结构，呈现出丰富多彩的颜色。云母片作为一种塑料制品增强剂和增色剂已被广泛使用，珠光云母片的加入使得塑料制品具有丰富多彩的颜色。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种纳米纤维素-云母片复合板材的制备方法，该方法制备的纳米纤维素-云母片复合板材具有低热膨胀率和轻质高强的特点。
有鉴于此，本申请提供了一种纳米纤维素-云母片复合板材的制备方法，包括以下步骤：
A)将纳米纤维素、云母片和金属离子键交联剂混合，得到初始混合物；
B)将所述初始混合物进行压缩，得到纳米纤维素-云母片复合板材。
优选的，所述金属离子键交联中的金属离子选自锂离子、钠离子、钾离子、钙离子、镁离子、锶离子、铜离子、镍离子、亚钴离子、锌离子、铁离子、铬离子、钴离子、铝离子和钪离子中的一种或多种。
优选的，所述金属离子键交联剂的加入量≥所述纳米纤维素与所述云母片总含量的0.1wt％。
优选的，所述云母片的厚度为10nm～30μm，横向尺寸为200nm～200μm。
优选的，所述纳米纤维素选自植物纤维素、细菌纤维素和来源于动物的纤维素中的一种或多种，所述云母片选自白云母片、金云母片、绢云母片和珠光粉云母片中的一种或多种。
优选的，所述纳米纤维素与所述云母片混合后的状态为溶液、溶胶、凝胶、乳液或浊液。
优选的，所述压缩的温度为0～200℃，所述压缩的压力为1～800MPa。
本申请还提供了一种纳米纤维素-云母片复合板材，由纳米纤维素、云母片和金属离子键交联剂制备得到；
所述纳米纤维素与所述纳米纤维素之间、所述纳米纤维素与所述云母片之间形成氢键；
所述纳米纤维素与所述纳米纤维素之间、所述纳米纤维素与所述云母片之间还形成离子键。
优选的，所述金属离子键交联中的金属离子选自锂离子、钠离子、钾离子、钙离子、镁离子、锶离子、铜离子、镍离子、亚钴离子、锌离子、铁离子、铬离子、钴离子、铝离子和钪离子中的一种或多种。
本申请提供了一种纳米纤维素-云母片复合板材的制备方法，其首先将纳米纤维素、云母片和金属离子键交联剂混合，得到初始混合物，再将所述初始混合物压缩，即得到纳米纤维素-云母片复合板材；在上述制备过程中，纳米纤维素之间形成强氢键、纳米纤维素与云母片之间也形成强氢键，引入金属离子键交联剂，其可使纳米纤维素之间、纳米纤维素与云母片之间形成离子键并形成一维增强网络，进一步提高材料的强度、韧性等力学性能，由此提高了复合板材的强度和韧性等力学性能；另外，由于纳米纤维素高结晶度导致的极低热膨胀率以及云母片本身热膨胀率极低，从而使得复合板材具有低热膨胀率的特点；在本申请中，可添加不同颜色的珠光云母片，因此可得到不同色彩以及多种过渡色、混合色的纳米纤维素与云母片仿贝壳结构的复合板材。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的纳米纤维素-云母片复合板材的照片；
图2为本发明实施例1制备的纳米纤维素-云母片复合板材的截面微观照片；
图3为本发明实施例1制备的纳米纤维素-云母片复合板材的弯曲应力-应变曲线图；
图4为本发明实施例2制备的阔叶木纳米纤维素与云母片仿贝壳结构复合块材的照片；
图5为实施例3制备的细菌纤维素纳米纤维素与云母片仿贝壳结构复合块材照片。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
鉴于纳米纤维素和云母片的特点以及高性能结构材料需求的问题，本发明提供了一种纳米纤维素-云母片复合板材的制备方法，该方法制备的复合板材具有极低热膨胀率、轻质高强的特点。具体的，本发明实施例公开了一种纳米纤维素-云母片复合板材的制备方法，包括以下步骤：
A)将纳米纤维素、云母片和金属离子键交联剂混合，得到初始混合物；
B)将所述初始混合物进行压缩，得到纳米纤维素-云母片复合板材。
在上述制备纳米纤维素-云母片复合板材的过程中，本申请首先将纳米纤维素、云母片和金属离子键交联剂混合，即得到初始混合物；在此过程中，在纳米纤维素和云母片形成的混合物中加入金属离子键交联剂，即在表面纳米晶化的含纤维素生物质颗粒的浆料中，加入一定量金属离子键交联剂，以使纳米纤维素和云母片发生离子键交联，使纳米纤维素与纳米纤维素之间、纳米纤维素与云母片之间除了可形成氢键之外还可形成离子键，进一步提高复合板材的性能。所述金属离子键交联剂中的金属离子选自锂离子、钠离子、钾离子、钙离子、镁离子、锶离子、铜离子、镍离子、亚钴离子、锌离子、铁离子、铬离子、钴离子、铝离子和钪离子中的一种或多种；在具体实施例中，所述金属离子键交联剂选自CaCl2或FeCl3。
在上述混合过程中，所述纳米纤维素为所述纳米纤维素与所述云母片总质量的20wt％～90wt％；所述金属离子键交联剂的加入量≥所述纳米纤维素与所述云母片总含量的0.1wt％；在具体实施例中，所述金属离子键交联剂的加入量≥所述纳米纤维素与所述云母片总含量的1wt％，在具体实施例中，所述金属离子键交联剂的加入量≥所述纳米纤维素与所述云母片总含量的5wt％。所述纳米纤维素选自来自TEMPO法、酶解法和其它现有方法中的一种或多种；更具体的，选自植物纤维素、细菌纤维素和来源于动物的纤维素中的一种或多种；更具体的，所述纳米纤维素选自针叶木纳米纤维素、阔叶木纳米纤维素或细菌纤维素纳米纤维素。所述云母片选自本领域技术人员熟知的云母片，具体的，其选自白云母片、金云母片、绢云母片和珠光粉云母片中的一种或多种；所述云母片的厚度为10nm～30μm，横向尺寸为200nm～200μm。所述纳米纤维素与所述云母片混合后的状态为溶液、溶胶、凝胶、乳液或浊液。
在得到上述初始混合物之后，则将所述初始混合物进行压缩，以得到纳米纤维素-云母片复合板材。本申请中，纳米纤维素与纳米纤维素之间、纳米纤维素与云母片之间形成氢键存在于整个制备过程中，不仅仅存在于压缩的过程，同样，在金属离子交联剂存在的过程中，交联也存在于整个过程中，而不仅仅存在于压缩或混合的过程中。所述压缩为本领域技术人员熟知的技术手段，此处不进行特别的限制；所述压缩的温度为0～200℃，压力为1～800MPa；在具体实施例中，所述压缩的温度为50～150℃，压力为50～200MPa。所述压缩在模具中进行，所述模具可具有不同形状、尺寸，还可采用不同材质的模具。
本申请还提供了一种纳米纤维素-云母片复合板材，由纳米纤维素、云母片和金属离子键交联剂制备得到；
所述纳米纤维素与所述纳米纤维素之间、所述纳米纤维素与所述云母片之间形成氢键；
所述纳米纤维素与所述纳米纤维素之间、所述纳米纤维素与所述云母片之间还形成离子键。
上述纳米纤维素-云母片复合板材的制备原料中包括金属离子键交联剂；在金属离子键交联剂存在的情况下，所述纳米纤维素与所述纳米纤维素之间、所述纳米纤维素与所述云母片之间还可形成离子键。
上述纳米纤维素、云母片与金属离子键交联剂已进行了详细说明，此处不进行赘述。
本申请提供了纳米纤维素-云母片复合板材及其制备方法，在金属离子交联剂存在的情况下，纳米纤维素之间形成强氢键和离子键，形成一维增强网络，纳米纤维素与云母片之间也形成氢键等作用，进一步提高了材料的强度、韧性等力学性能。因此，纳米纤维素与云母片复合块材具有高强度、高韧性等特点。另外，由于纳米纤维素高结晶度导致的极低热膨胀率，所得纳米纤维素与云母片复合块材具有低热膨胀率的特点。同时本申请采用的原料为天然纳米纤维素，其安全无毒无害，且可自然降解。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的纳米纤维素-云母片复合板材的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
A)取质量浓度5％针叶木纳米纤维素浆料100mL，与颗粒大小为800目、颜色为绿色的云母片搅拌混合，两种原料质量比为5：5，并加入1.5g CaCl2搅拌交联，待用；
B)将步骤A)得到的混合浆料，于温度80℃，压力100MPa下，放入方形模具压缩，得到纳米纤维素/云母片仿贝壳结构复合块材。
图1为本实施例制备的纤维素/云母片仿贝壳结构复合块材照片，
图2为本实施例制备的纤维素/云母片仿贝壳结构复合块材微观照片，经过计算可知，本实施例制备的纳米纤维素/云母片仿贝壳结构复合块材的密度为1.5g·cm-3，热膨胀系数约为8ppm/K。
测试本实施例制备的纳米纤维素与云母片复合块材的力学性能，如图3所示，图3为本实施例制备的纤维素/云母片仿贝壳结构复合块材在不同应变下的压应力曲线图，由图可知，本实施例制备的纤维素/云母片仿贝壳结构材料块材的弯曲强度可达108MPa，弯曲模量可达6GPa。
实施例2
A)取质量浓度4％阔叶木纳米纤维素浆料100mL，与颗粒大小为1000目，颜色为紫色的云母片搅拌混合，两种原料质量比为4：6，并加入1.2g CaCl2搅拌交联，待用；
B)将步骤A)得到的混合浆料，于温度100℃，压力70MPa下，放入方形模具压缩，得到阔叶木纳米纤维素与云母片仿贝壳结构复合块材。
图4为本实施例制备的阔叶木纳米纤维素与云母片仿贝壳结构复合块材的照片。
实施例3
A)取质量浓度6％细菌纤维素纳米纤维素浆料100mL，与颗粒大小为1200目、颜色为蓝色的云母片搅拌混合，两种原料质量比为3：7，并加入1.0g FeCl3搅拌交联，待用；
B)将步骤A)得到的混合浆料于温度120℃，压力80MPa下，放入方形模具压缩，得到细菌纤维素纳米纤维素与云母片仿贝壳结构复合块材。
图5为本实施例制备的细菌纤维素纳米纤维素与云母片仿贝壳结构复合块材照片。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种纳米纤维素-云母片复合板材的制备方法，包括以下步骤：
A)将纳米纤维素、云母片和金属离子键交联剂混合，得到初始混合物；
B)将所述初始混合物进行压缩，得到纳米纤维素-云母片复合板材。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属离子键交联中的金属离子选自锂离子、钠离子、钾离子、钙离子、镁离子、锶离子、铜离子、镍离子、亚钴离子、锌离子、铁离子、铬离子、钴离子、铝离子和钪离子中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属离子键交联剂的加入量≥所述纳米纤维素与所述云母片总含量的0.1wt％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述云母片的厚度为10nm～30μm，横向尺寸为200nm～200μm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米纤维素选自植物纤维素、细菌纤维素和来源于动物的纤维素中的一种或多种，所述云母片选自白云母片、金云母片、绢云母片和珠光粉云母片中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米纤维素与所述云母片混合后的状态为溶液、溶胶、凝胶、乳液或浊液。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压缩的温度为0～200℃，所述压缩的压力为1～800MPa。
8.一种纳米纤维素-云母片复合板材，由纳米纤维素、云母片和金属离子键交联剂制备得到；
所述纳米纤维素与所述纳米纤维素之间、所述纳米纤维素与所述云母片之间形成氢键；
所述纳米纤维素与所述纳米纤维素之间、所述纳米纤维素与所述云母片之间还形成离子键。
9.根据权利要求8所述的复合板材，其特征在于，所述金属离子键交联中的金属离子选自锂离子、钠离子、钾离子、钙离子、镁离子、锶离子、铜离子、镍离子、亚钴离子、锌离子、铁离子、铬离子、钴离子、铝离子和钪离子中的一种或多种。
CN201910526088.3A 2019-06-18 2019-06-18 一种纳米纤维素-云母片复合板材及其制备方法 Pending CN112094439A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910526088.3A CN112094439A (zh) 2019-06-18 2019-06-18 一种纳米纤维素-云母片复合板材及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910526088.3A CN112094439A (zh) 2019-06-18 2019-06-18 一种纳米纤维素-云母片复合板材及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112094439A true CN112094439A (zh) 2020-12-18

Family

ID=73748682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910526088.3A Pending CN112094439A (zh) 2019-06-18 2019-06-18 一种纳米纤维素-云母片复合板材及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112094439A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110978679A (zh) * 2019-12-10 2020-04-10 浙江农林大学 一种仿贝壳珍珠层结构的木质纤维基复合材料及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105017555A (zh) * 2014-04-29 2015-11-04 中国科学院化学研究所 一种纤维素气凝胶及其杂化气凝胶的制备方法
CN105566673A (zh) * 2015-12-17 2016-05-11 中国科学院兰州化学物理研究所 一种多功能纤维素弹性气凝胶的制备方法
US20160297962A1 (en) * 2015-04-13 2016-10-13 Api Intellectual Property Holdings, Llc Methods and additives for improving melt strength in polymer film processing and blow molding
WO2017049021A1 (en) * 2015-09-17 2017-03-23 Api Intellectual Property Holdings, Llc Compatibilizers for polymer-nanocellulose composites

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105017555A (zh) * 2014-04-29 2015-11-04 中国科学院化学研究所 一种纤维素气凝胶及其杂化气凝胶的制备方法
US20160297962A1 (en) * 2015-04-13 2016-10-13 Api Intellectual Property Holdings, Llc Methods and additives for improving melt strength in polymer film processing and blow molding
WO2017049021A1 (en) * 2015-09-17 2017-03-23 Api Intellectual Property Holdings, Llc Compatibilizers for polymer-nanocellulose composites
CN105566673A (zh) * 2015-12-17 2016-05-11 中国科学院兰州化学物理研究所 一种多功能纤维素弹性气凝胶的制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110978679A (zh) * 2019-12-10 2020-04-10 浙江农林大学 一种仿贝壳珍珠层结构的木质纤维基复合材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Guan et al. Regenerated isotropic wood
CN103370190B (zh) 基于纤维素的复合材料
CN102892825B (zh) 成形材料及其制造方法
CN103788413A (zh) 氧化石墨烯化学修饰无机填料的方法、所得产品及应用
CN103255662B (zh) 一种纳米纤丝化浒苔纤维素的制备方法
KR100946630B1 (ko) 고강도 나노셀룰로오스 종이의 제조방법
CN110054471B (zh) 一种镁基植物纤维板及其制备方法
CN110643113B (zh) 一种低VOCs竹纤维改性塑料及其制备方法
CN112094439A (zh) 一种纳米纤维素-云母片复合板材及其制备方法
CN105400109A (zh) 一种改性聚乙烯醇泡沫塑料及其制备方法
CN109930204B (zh) 一种原位疏水改性碱式硫酸镁晶须的制备方法
CN104084175A (zh) 一种具有吸附效果的改性碳酸钙及其制备方法
CA2815386A1 (en) Cellulose fibre composition
WO2004055268A1 (en) Fibre suspension of enzyme treated sulphate pulp and carboxymethylcellulose as raw material for packages.
CN113336984B (zh) 一种高强度纳米纤维素-纳米芳纶复合膜的制备方法
CN109134942B (zh) 一种透明纳米纤维素抗菌纸及其制备方法
Wang et al. Immersion polishing post-treatment of PLA 3D printed formed parts on its surface and mechanical performance
KR102206991B1 (ko) 친환경 소재를 이용한 바이오 복합재 및 그 제조 방법
JPH04160045A (ja) セメント板の製造方法
CN107033377B (zh) 一种利用剥离的天然纳米级云母片制备宏观有机云母膜的方法及有机云母膜
CN112094438A (zh) 一种功能纳米纤维素复合板材及其制备方法
CN102030511B (zh) 防磁石膏板
JPS58144196A (ja) 耐熱弾性シ−ト状物の製造方法
WO2018209444A1 (en) Cellulose filaments reinforced cement composite board and method for the manufacture of the same
CN115418014A (zh) 一种高强度木质基透明塑料薄膜及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20201218