一种纤维素纳米纤维板及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维素纳米纤维板及其制备方法。一种纤维素纳米纤维板由五种组分制成，各组分重量百分数为：纤维素纳米纤维50％～58％、超高分子量聚乙烯40％～45％、纳米铜粉1％～5％、聚乙烯醇0.1％～1％、色母0.001％～2.0％。其制备方法包括纤维素纤维提取、纤维素纳米纤维制备、纤维素纳米纤维合金化、模压成形、微波热处理五个步骤。采用本发明专利技术制备的纤维素纳米纤维板的比重仅为钢材的12％‑16％，其强度可达钢材的5‑6倍，色泽可调，不褪色，可再生，性价比优于碳纤维材料，是轻量化装备与构件制造理想的工程材料。

A cellulose nanofiber plate and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种纤维素纳米纤维板及其制备方法
本专利技术属新材料领域，特别涉及一种纤维素纳米纤维板及其制备方法。
技术介绍
纤维素纳米纤维板，是一类环保生物基材料，用途广泛，因此成为了人们重点研究的方向。但是现有的纤维素纳米纤维板，虽然大多具有质量轻、强度高等特点，但制备工艺复杂、价格高、质量参差不齐，难以满足工业化制备轻量化装备与构件的需求。因此，能否开发一种基于廉价碳汇资源(如农作物秸秆、竹木碎料)的简单易行的制备工艺来生产质量轻、强度高、价格适中的纤维素纳米纤维板以满足轻量化装备与构件的需求，是目前人们研究的重点课题。通过专利检索，查询到以下较为接近的专利技术方案。专利1：专利名称：一种壁纸用高亮光超透PVC膜及其制备方法和应用，申请人：黄山豪泰塑胶有限公司，专利号：201610781340.1；该专利公开了一种壁纸用高亮光超透PVC膜及其制备方法和应用，它包括以下重量份的原料：聚氯乙烯105份、聚丙烯纤维12份、邻苯二甲酸二乙酯8份、聚乙二醇6份、缩醛化聚乙烯醇3份、偏硼酸钙2份、氧化镁纳米颗粒0.8份、荧光增白剂0.2份、重铬酸钠1.4份、纳米铜0.5份、硬脂酸二甘油脂1-3份、月桂酸二丁基锡2-4份、六钛酸钾晶须1-3份、锌粉0.4-0.8份、纳米氧化铈0.1-0.5份、纳米介孔分子筛0.1-0.3份以及自制颜料0.3-0.5份等。本专利技术无毒无害、符合环保要求，高清透明、厚度均匀、表面平整光滑，改善了PVC膜的表面张力和表面附着力，保证PVC膜的质量效果，具有优良的耐高温、耐寒、耐酸耐碱等性能和机械性能，市场中具有较大的竞争力。专利2：专利名称：用杨木纤维素纳米材料提高秸秆纤维板表面密度的方法，专利权人：南京林业大学，专利号：200810020890.7；该专利是用杨木纤维素纳米材料提高秸秆纤维板表面密度的方法,主要工艺步骤:选取未砂光的秸秆纤维板；利用杨木纸浆为原料,通过高压纳米均质器制备出分散在水中的杨木纤维素纳米材料,其浓度为0.5-1.0％,即水中含有0.5-1.0％的杨木纤维素纳米材料；在杨木纤维素纳米纤丝分散液中,加入占杨木纤维素纳米纤丝分散液重量10-30％的粉末状酚醛树脂制得处理液；在真空处理罐中,先将未砂光的秸秆纤维板抽真空(真空度为0.05-0.09MPA),然后注入处理液,浸泡60-180MIN,处理温度为室温；对处理后的木材/稻秸秆纤维板进行加温干燥。本专利技术的优点是通过提高秸秆纤维板表面密度,可以减少表面砂光量,提高了秸秆纤维板的表面性能、耐水性能和强度等性能。专利3：专利名称：一种环保耐火轻质装饰板及其制备方法，申请人：苏州宏恒化工有限公司，申请号：201510259115.7；该专利公开了一种环保耐火轻质装饰板，以重量份计，包括以下组分：植物纤维粉末10-18份，蛇纹石粉末2-5份，氧化铝5-10份，氧化锌3-8份，氮化硼2-5份，佛甲草2-6份，空心玻璃微珠1-3份，交联剂1-5份，玻璃短纤维10-20份，多孔氧化硅2-6份，氯化镁3-10份，焦磷酸钠5-10份。本专利技术还公开了该环保耐火轻质装饰板的制备方法。本专利技术提供的耐火轻质装饰板，耐火级别高，强度高，轻便，致密性好，无有害物质，环保。专利4：专利名称：一种环保塑木复合托盘及其制备方法，申请人：民勤县威瑞环保有限责任公司，申请号：201610771470.7；该专利公开了一种环保塑木复合托盘及其制备方法，属于塑木复合材料领域。该托盘包括以下重量份的原料制成：改性竹屑粉15-35份、碳纤维5-8份、废旧聚乙烯粒子85-95份、安息香丁醚0.6-1份、N,N-亚甲基双丙烯酰胺3-4份、硅油2-5份、聚乙烯蜡0.5-2份、硬脂酸钙0.5-1.5份、纳米硅藻土4-6份、氧化锌1-2份、环氧大豆油1-2份、色母料1-2份、甘油0.2-0.8份。本专利技术将竹屑粉、废旧聚乙烯先后改性，再加入其它辅助剂制成快了成本低、质量轻、表面光洁、色彩多样的塑木复合托盘；在节约资源的同时，达到了节能环保效果。以上公开的专利技术方案均未公开本专利技术的内容，本领域普通技术人员也不能通过以上技术方案的相互结合得出本专利技术的技术启示。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种纤维素纳米纤维板，采用本专利技术制备的纤维素纳米纤维板的比重仅为钢材的12％-16％，其强度可达钢材的5-6倍，色泽可调，不褪色，可再生，性价比优于碳纤维材料，是轻量化装备与构件制造理想的工程材料。本专利技术还公开了一种纤维素纳米纤维板的制备方法。为实现以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种纤维素纳米纤维板，所述纤维素纳米纤维板由以下五种组分制成，各组分的重量百分数分别为：纤维素纳米纤维50％～58％、超高分子量聚乙烯40％～45％、纳米铜粉1％～5％、聚乙烯醇0.1％～1％、色母0.001％～2.0％。优选的，所述纤维素纳米纤维粒度为10-50nm。优选的，依次采用苯、醇、氢氧化钠溶液、乙酸和过氧化氢混合溶液对竹屑进行抽提四次，经分离、晾干、烘干过程获得纤维素纤维；再将纤维素纤维放入转速为20000r/min的粉碎机中粉碎5-10次、每次2-5min，制得。优选的，所述粉碎过程以工业酒精为介质。优选的，所述超高分子量聚乙烯为分子量≥800万的聚乙烯微粉、粒度≤25μm、比重0.9-0.95g/cm3、吸水率＜0.01％。一种纤维素纳米纤维板的制备方法，包括以下步骤：步骤1：纤维素纤维提取:依次采用苯、醇、氢氧化钠溶液、乙酸和过氧化氢混合溶液对竹屑进行抽提四次，经分离、晾干、烘干过程获得纤维素，备用；步骤2：纤维素纳米纤维制备：取步骤1获得的纤维素，放入转速为20000r/min的粉碎机在中粉碎5-10次，每次2-5min，以获得粒度为10-50nm的纤维素纳米纤维，备用；步骤3：纤维素纳米纤维合金化：将步骤2获得的纤维素纳米纤维与超高分子量聚乙烯、纳米铜粉、聚乙烯醇、色母按重量百分数比50％～58％、40％～45％、1％～5％、0.1％～1％、0.001％～2.0％进行混合，以获得均匀混合料，实现初步合金化；然后，将均匀混合料进行热挤压成形，经冷却、破碎获得合金化纤维素纤维，经粉粹、筛分、研磨获得合金化纤维素纳米纤维，备用；步骤4：模压成形：取合金化纤维素纳米纤维，均匀铺装在不锈钢平板模具上实施热压成形，以获得纤维素纳米纤维板；步骤5：微波热处理：将步骤4获得的纤维素纳米纤维板裁剪成小块，然后放入工业微波炉进行热处理。优选的，所述步骤2中的粉碎过程以工业酒精为介质。优选的，所述步骤3中的研磨过程，其研磨介质为工业酒精、研磨球材质为硅酸盐陶瓷。优选的，所述步骤4模压成形，其工艺条件为：成形温度140-160℃、压力100-300MPa、保温保压时间30-60min。优选的，所述步骤5：微波热处理，采用工业微波炉处理的工艺条件为：温度200-300℃，时间0.5-3min。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术采用纤维素纤维的提取、纤维素纳米纤维的制备、纤维素纳米纤维的合金化、模压成形和微波热处理过程，综合应用粉末冶金与粉体工程、复合材料与工程、木材科学与技术等交叉学科材料成形理论，创新了木质复合材料的成形技术与方法；经由上述方法制备的纤维素纳米纤维板质量轻、强度高、尺寸与性能稳定、色泽厚重，既可替代炭纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维素纳米纤维板，其特征在于，所述纤维素纳米纤维板由以下五种组分制成，各组分的重量百分数分别为：纤维素纳米纤维50%～58%、超高分子量聚乙烯40%～45%、纳米铜粉1%～5%、聚乙烯醇0.1%～1%、色母0.001%～2.0%。

【技术特征摘要】
1.一种纤维素纳米纤维板，其特征在于，所述纤维素纳米纤维板由以下五种组分制成，各组分的重量百分数分别为：纤维素纳米纤维50%～58%、超高分子量聚乙烯40%～45%、纳米铜粉1%～5%、聚乙烯醇0.1%～1%、色母0.001%～2.0%。2.根据权利要求1所述的一种纤维素纳米纤维板，其特征在于，所述纤维素纳米纤维粒度为10-50nm。3.根据权利要求1所述的一种纤维素纳米纤维板，其特征在于，所述纤维素纳米纤维为：依次采用苯、醇、氢氧化钠溶液、乙酸和过氧化氢混合溶液对竹屑进行抽提四次，经分离、晾干、烘干过程获得纤维素纤维；再将纤维素纤维放入转速为20000r/min的粉碎机中粉碎5-10次、每次2-5min，制得。4.根据权利要求3所述的一种纤维素纳米纤维板，其特征在于，所述粉碎过程以工业酒精为介质。5.根据权利要求1所述的一种纤维素纳米纤维板，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯为分子量≥800万的聚乙烯微粉、粒度≤25µm、比重0.9-0.95g/cm3、吸水率＜0.01%。6.如权利要求1-5所述的任意一种纤维素纳米纤维板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：纤维素纤维提取:依次采用苯、醇、氢氧化钠溶液、乙酸和过氧化氢混合溶液对竹屑进行抽提四次，经分离、晾干、烘干过程获得纤维素，备用；步骤2：纤维素纳米纤维制备：取步骤1获得的纤维素，放入转速为20000r/min的粉碎机在中粉碎5-10...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴庆定，王奇，刘克非，张红，何玉琴，刘坤键，丁定成，袁建，刘俊怀，李佩，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43