一種氧化石墨烯木基復(fù)合材料的制備方法技術(shù)

一種氧化石墨烯木基復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明專利技術(shù)通過(guò)對(duì)氧化石墨烯水溶膠超聲分散，再在加熱狀態(tài)下引發(fā)改性劑在木材內(nèi)部的原位聚合反應(yīng)制備氧化石墨烯木基復(fù)合材料。其首先將氧化石墨烯按照一定的質(zhì)量百分比溶解于去離子水中，再加入一定質(zhì)量百分比的木材膨脹劑、酯化反應(yīng)催化劑、固化劑；然后在超聲作用下制得木材改性劑懸浮液；最后通過(guò)真空加壓浸漬將木材改性劑浸漬到木材內(nèi)部，在加熱情況下引發(fā)改性劑在木材內(nèi)部的原位聚合反應(yīng)，制得氧化石墨烯木基復(fù)合材料。本發(fā)明專利技術(shù)的特點(diǎn)是利用氧化石墨烯獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，制備出一種抗流失性強(qiáng)、導(dǎo)熱性能優(yōu)良、無(wú)有害氣體釋放的氧化石墨烯木基復(fù)合材料。

Method for preparing graphene oxide wood composites

Method for preparing graphene oxide wood composites. The present invention by dispersion of graphene oxide sol ultrasound, and then lead to preparation of graphene oxide wood composites in situ modification agent in the polymerization reaction inside the wood in a heated state. The first graphene oxide according to certain weight percentage dissolved in deionized water, adding a certain percentage of the wood quality expansion agent, catalyst, curing agent; then under the function of ultrasonic preparation of modified wood suspension; finally through vacuum pressure impregnation of wood modifier impregnated into the wood inside, cause in situ reaction modifier in thewood polymerization in the heating case, prepared graphene oxide wood-based composite materials. The invention is characterized by using graphite oxide layer structure of graphene unique and excellent thermal conductivity, a preparation of anti erosion resistance, excellent thermal properties, graphene oxide wood-based composite materials release of harmful gases.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種氧化石墨烯木基復(fù)合材料的制備方法
本專利技術(shù)屬于生物基材料科學(xué)與
，具體涉及一種氧化石墨烯木基復(fù)合材料的制備方法。
技術(shù)介紹
隨著國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視、對(duì)林業(yè)的調(diào)整，天然林已經(jīng)禁止采伐，現(xiàn)在乃至將來(lái)，天然林木材將越來(lái)越少。發(fā)展人工林，尤其是速生的人工豐產(chǎn)林，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)木材的需求將是一個(gè)趨勢(shì)。我國(guó)屬于少林國(guó)家，木材資源缺乏，天然林少，人工林逐漸增加。人工林木材具有材質(zhì)疏松、密度低、幼齡材含量高和干燥易開(kāi)裂變形等缺陷，以及我國(guó)對(duì)人工林木材生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的不足等原因，目前人工林木材的應(yīng)用主要集中在木片、紙漿以及衛(wèi)生筷、電線桿、枕木等產(chǎn)品的生產(chǎn)，其中部分產(chǎn)品對(duì)木材的利用率、附加值低。如北方大力發(fā)展的楊樹(shù)木材，材質(zhì)松軟，主要用作紙漿材。我國(guó)的木材消費(fèi)量很大，而又是木材資源相對(duì)短缺的國(guó)家之一，供需矛盾日益突出，為緩解我國(guó)木材消費(fèi)的壓力，人工林木材的合理使用已經(jīng)成為一個(gè)重要的途徑，目前我國(guó)的人工林保存面積為6168萬(wàn)公頃，居世界第一位，其木材在建筑用材、家具用材等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。作為天然林的重要補(bǔ)充資源，我國(guó)人工速生林商品材發(fā)展迅猛，目前我國(guó)主要速生樹(shù)種包括：楊樹(shù)、馬尾松、落葉松、桉樹(shù)、杉木、泡桐、樟子松等。在人工林中，杉木、馬尾松、楊樹(shù)等3個(gè)樹(shù)種面積所占比例達(dá)59.41%。因此，合理利用人工速生林是破解木材需求的剛性增長(zhǎng)與木材供給的制約這對(duì)矛盾的有效途徑。木材是一種三維的天然高分子復(fù)合體，構(gòu)成它的細(xì)胞壁的主要成份--纖維素、半纖維素和木素都含有大量的羥基，羥基和其它吸水性基團(tuán)的存在導(dǎo)致了木材隨含水率的變化尺寸發(fā)生變生。但這些吸水基團(tuán)同樣為木材的功能型改良提供了有效的基點(diǎn)，木材的化學(xué)改性大都是通過(guò)和羥基的反應(yīng)來(lái)完成的。氧化石墨烯具有單層結(jié)構(gòu)，也被稱為功能化石墨烯，可以由氧化石墨剝離制得。它的結(jié)構(gòu)與石墨烯大體相同，但其表面接有大量的氧化官能團(tuán)，如羧基，羥基，環(huán)氧基，羰基等。位于石墨烯表面上的是羥基和環(huán)氧基，而羰基和羧基則位于石墨烯的邊緣處。氧化石墨烯通常為棕色粉末，由于其表面和邊緣被大量的含氧官能團(tuán)以共價(jià)鍵的方式修飾，所以它是sp2和sp3雜化碳原子的混合體。雖然氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)不完整，具有較大的缺陷，但仍保留了較高的力學(xué)性能，其拉伸模量可達(dá)32GTPa。同時(shí)，氧化石墨烯具有良好的自恢復(fù)能力及抗裂紋擴(kuò)展能力，可廣泛應(yīng)用于自修復(fù)材料及其高抗撕裂材料領(lǐng)域。在氧化石墨烯中，大量含氧基團(tuán)的介入打破了石墨烯完美的共軛結(jié)構(gòu)，使氧化石墨烯成為了一種絕緣無(wú)序的類石墨烯材料，但卻賦予了它一定的親水性，易溶于強(qiáng)極性溶劑，如水、醇等。這就為氧化石墨烯水溶膠改性速生材提供了理論基礎(chǔ)。因此，使用氧化石墨烯來(lái)改性速生材使之形成木基復(fù)合材料，會(huì)使其使用性能得到顯著的提高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種能克服有機(jī)樹(shù)脂改性木材毒性大，有特殊異味，易流失的缺陷，顯著提高改性材的尺寸穩(wěn)定性和力學(xué)性能的氧化石墨烯木基復(fù)合材料的制備方法。本專利技術(shù)的一種氧化石墨烯木基復(fù)合材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行：（1）將氧化石墨烯水溶膠于功率0.1~1000kW下超聲分散10min~20min，氧化石墨烯水溶膠中氧化石墨烯的固含量為0.25~1wt%，wt%表示質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；(2)按照質(zhì)量百分比稱取10%~30%的超聲后的氧化石墨烯水溶膠分散于去離子水中，向上述溶液中加入木材膨脹劑、酯化反應(yīng)催化劑、固化劑，混合后于功率0.1~1000kW下超聲分散10min~20min，得到氧化石墨烯木材改性劑；(3)將速生材生材置于真空加壓浸漬裝置中，控制真空度為-0.001~0MPa，壓力為0~3.0MPa，抽真空10min~30min，然后將氧化石墨烯木材改性劑脈沖加壓浸漬到木材中，加壓浸漬時(shí)間為2.5h~3h；(4)將步驟（3）反應(yīng)得到的浸漬改性材擦拭除去表面的氧化石墨烯木材改性劑，先置于大氣環(huán)境中自然風(fēng)干，然后置于干燥窯中進(jìn)行梯度升溫干燥，以除去木材中的自由水，使氧化石墨烯分子與木材發(fā)生原位聚合反應(yīng)，即得氧化石墨烯木基復(fù)合材料。所述的木材膨脹劑為尿素,且尿素所占氧化石墨烯木材改性劑的質(zhì)量百分比為：10%~30%。所述的酯化反應(yīng)催化劑為H2SO4、SO42-/TiO2、SO42-/ZrO2、SO42-/Al2O3、SO42-/Fe2O3、SO42-/TiO2-SiO2、Ln~SO42-/TiO2-SiO2中的一種。所述的酯化反應(yīng)催化劑加入量為0.1~0.3g。所述的固化劑為MgCl2、NH4Cl中的一種，且固化劑的加入量為步驟二中氧化石墨烯水溶膠質(zhì)量的5%。所述的木材生材為楊木、桉木、杉木、樟子松、落葉松中的一種。所述的浸漬改性材在空氣中晾曬的時(shí)間為36h~48h。所述的木材在干燥窯中升溫干燥，升溫梯度為：50°C~60°C~70°C~80°C~90°C~105°C。本專利技術(shù)通過(guò)使用木材膨脹劑、酯化反應(yīng)催化劑、固化劑等，將氧化石墨烯通過(guò)化學(xué)鍵連接的方式對(duì)木材進(jìn)行化學(xué)改性，增強(qiáng)了改性材的物理力學(xué)性能以及有效避免了改性材有害氣體的釋放問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯在木材功能性改良領(lǐng)域的應(yīng)用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下方面：(1)導(dǎo)熱性能得到顯著提升；（2）無(wú)有害氣體釋放；（3）熱穩(wěn)定性得到有效提升；（4）木材改性工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備技術(shù)要求低；（5）經(jīng)改性劑處理的木材兼具美感與質(zhì)感。附圖說(shuō)明圖1是實(shí)施例的素材橫切面的掃描電鏡圖片；圖2為實(shí)施例的改性材橫切面的掃描電鏡圖片。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例,對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。該實(shí)施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本專利技術(shù)，但不以任何方式限制本專利技術(shù)。實(shí)施例1：（1）將氧化石墨烯水溶膠于功率1kW下超聲分散10min，氧化石墨烯水溶膠中氧化石墨烯的固含量為0.25wt%，wt%表示質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；(2)按照質(zhì)量百分比稱取10%的超聲后的氧化石墨烯水溶膠分散于去離子水中，向上述溶液中加入質(zhì)量百分比10%的尿素作為木材膨脹劑，0.1gSO42-/TiO2作為酯化反應(yīng)催化劑，氧化石墨烯水溶膠質(zhì)量的5%的MgCl2作為固化劑，混合后于功率1kW下超聲分散10min，得到氧化石墨烯木材改性劑；(3)將速生楊木生材置于真空加壓浸漬裝置中，控制真空度為-0.1MPa，壓力為1.5MPa，抽真空10min，然后將氧化石墨烯木材改性劑脈沖加壓浸漬到木材中，加壓浸漬時(shí)間為2.5h；(4)將步驟（3）反應(yīng)得到的浸漬改性材擦拭除去表面的氧化石墨烯木材改性劑，先置于大氣環(huán)境中自然風(fēng)干36h，然后置于干燥窯中進(jìn)行梯度升溫干燥，升溫梯度為：50°C~60°C~70°C~80°C~90°C~105°C，以除去木材中的自由水，使氧化石墨烯分子與木材發(fā)生原位聚合反應(yīng)，即得氧化石墨烯木基復(fù)合材料。實(shí)施例2：(1)將氧化石墨烯水溶膠于功率1kW下超聲分散15min，氧化石墨烯水溶膠中氧化石墨烯的固含量為0.25wt%，wt%表示質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；(2)按照質(zhì)量百分比稱取10%的超聲后的氧化石墨烯水溶膠分散于去離子水中，向上述溶液中加入質(zhì)量百分比10%的尿素作為木材膨脹劑，0.1gSO42-/TiO2作為酯化反應(yīng)催化劑，氧化石墨烯水溶膠質(zhì)量的5%的MgCl2作為固化劑，混合后于功率1kW下超聲分散10min，得到氧化石墨烯木材改性劑；(3)將速本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種氧化石墨烯木基復(fù)合材料的制備方法，其步驟如下：（1）將氧化石墨烯水溶膠于功率0.1?~?1000?kW下超聲分散10?min?~?20?min，氧化石墨烯水溶膠中氧化石墨烯的固含量為0.25?~?1?wt%，wt%表示質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；（2）按照質(zhì)量百分比稱取10%?~?30%的超聲后的氧化石墨烯水溶膠分散于去離子水中，向上述溶液中加入木材膨脹劑、酯化反應(yīng)催化劑、固化劑，混合后于功率0.1?~?1000?kW下超聲分散10?min?~?20?min，得到氧化石墨烯木材改性劑；（3）將速生材生材置于真空加壓浸漬裝置中?，控制真空度為?0.001?~?0?MPa，壓力為0?~?3.0?MPa，抽真空10?min?~?30?min，然后將氧化石墨烯木材改性劑脈沖加壓浸漬到木材中，加壓浸漬時(shí)間為2.5?h?~?3?h；（4）將步驟（3）反應(yīng)得到的浸漬改性材擦拭除去表面的氧化石墨烯木材改性劑，先置于大氣環(huán)境中自然風(fēng)干，然后置于干燥窯中進(jìn)行梯度升溫干燥，以除去木材中的自由水，使氧化石墨烯分子與木材發(fā)生原位聚合反應(yīng)，即得氧化石墨烯木基復(fù)合材料。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種氧化石墨烯木基復(fù)合材料的制備方法，其步驟如下：（1）將氧化石墨烯水溶膠于功率0.1~1000kW下超聲分散10min~20min，氧化石墨烯水溶膠中氧化石墨烯的固含量為0.25~1wt%，wt%表示質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；（2）按照質(zhì)量百分比稱取10%~30%的超聲后的氧化石墨烯水溶膠分散于去離子水中，向上述溶液中加入木材膨脹劑、酯化反應(yīng)催化劑、固化劑，混合后于功率0.1~1000kW下超聲分散10min~20min，得到氧化石墨烯木材改性劑；（3）將速生材生材置于真空加壓浸漬裝置中，控制真空度為-0.001~0MPa，壓力為0~3.0MPa，抽真空10min~30min，然后將氧化石墨烯木材改性劑脈沖加壓浸漬到木材中，加壓浸漬時(shí)間為2.5h~3h；（4）將步驟（3）反應(yīng)得到的浸漬改性材擦拭除去表面的氧化石墨烯木材改性劑，先置于大氣環(huán)境中自然風(fēng)干，然后置于干燥窯中進(jìn)行梯度升溫干燥，以除去木材中的自由水，使氧化石墨烯分子與木材發(fā)生原位聚合反應(yīng)，即得氧化石墨烯木基復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化石墨烯木基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟二中木材膨脹劑為尿素，且尿素所占氧化石墨烯木材改性劑的質(zhì)量百分比為：...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蒲俊文，韓小帥，張琴琴，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京林業(yè)大學(xué)，北京碳世紀(jì)科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京,11