东纶科技纤维基复合材料及其制备方法

  (19)国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(45)授权公告日(21)申请号7.4(22)申请日2020.08.14(65)同一申请的已公布的文献号申请公布号CN112111969(43)申请公布日2020.12.22(73)专利权人中国林业科学研究院木材工业研地址100091北京市海淀区香山路东小府1(74)专利代理机构北京林达刘知识产权代理事务所(普通合伙)11277专利代理师(51)Int.Cl.D06M11/83(2006.01)D06M13/503(2006.01)D06M101/04(2006.01)(56)对比文件CN108589266A,2018.09.28CN102345232A,2012.02.08CN106977969A,2017.07.25CN106120015A,2016.11.16WO2007023002A1,2007.03.01审查员籍海燕(54)发明名称纤维基复合材料及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种纤维基复合材料及其制备方法，所述纤维基复合材料包括：纤维材料，所述纤维材料包括至少一根木纤维；金属有机骨架，其包含第一金属元素，所述金属有机骨架形成于所述木纤维的表面，且所述金属有机骨架能够提供还原位点；以及，纳米金属颗粒，其包含第二金属元素，所述纳米金属颗粒基于所述还原位点，原位附着于所述木纤维的表面和/或内部；其中，所述第一金属元素和第二金属元素不同。本发明的纤维基复合材料包含有纤维材料、金属有机骨架和纳米金属颗粒，纤维基复合材料安全环保，极限氧指数高，具有优异的阻燃性能以及抗菌性权利要求书1页说明书10页附图2页CN1121119691.一种纤维基复合材料，其特征在于，包括：纤维材料，所述纤维材料为木纤维；金属有机骨架，其包含第一金属元素，所述金属有机骨架形成于所述木纤维的表面，且所述金属有机骨架能够提供还原位点，所述金属有机骨架是使单宁酸通过氢键结合在所述木纤维的表面，然后浸入第一金属盐溶液中形成的；以及，纳米金属颗粒，其包含第二金属元素，所述纳米金属颗粒基于所述还原位点，原位附着于所述木纤维的表面和/或内部；其中，所述第一金属元素和第二金属元素不同，且所述纤维材料、所述金属有机骨架和所述纳米金属颗粒之间能够实现自组装。2.根据权利要求1所述的纤维基复合材料，其特征在于，所述金属有机骨架的厚度为5‑1000nm。3.根据权利要求1或2所述的纤维基复合材料，其特征在于，以所述纤维基复合材料的总质量计，所述金属有机骨架的质量分数为5‑10％，所述纳米金属颗粒的质量分数为25‑45％。4.根据权利要求1或2所述的纤维基复合材料，其特征在于，所述纤维基复合材料的表面至少包含有碳元素、氧元素、第一金属元素以及第二金属元素；其中，以所述碳元素、氧元素、第一金属元素以及第二金属元素的总质量计，所述碳元素的质量分数为20‑40％，所述氧元素的质量分数为25‑45％，所述第一金属元素的质量分数为1‑5％；所述第二金属元素的质量分数为25‑45％。5.根据权利要求1或2所述的纤维基复合材料，其特征在于，所述金属有机骨架包括单宁酸铁和单宁酸铜中的一种或两种。6.根据权利要求1或2所述的纤维基复合材料，其特征在于，所述纳米金属颗粒包括纳米银颗粒和纳米金颗粒中的一种或两种。7.一种根据权利要求1‑6任一项所述的纤维基复合材料的制备方法，其特征在于，包括将所述纤维材料、金属有机骨架以及纳米金属颗粒复合成型的步骤。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供木纤维形成纤维材料；将单宁酸通过氢键结合在所述木纤维的表面，然后浸入第一金属盐溶液中，在所述木纤维的表面形成金属有机骨架，所述金属有机骨架能够提供还原位点；基于所述还原位点，使纳米金属颗粒原位还原于所述木纤维的表面和/或内部，且所述纤维材料、所述金属有机骨架和所述纳米金属颗粒之间能够实现自组装。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，将形成有金属有机骨架的木纤维浸入第二金属盐溶液中，原位还原形成纳米金属颗粒。CN112111969纤维基复合材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种纤维基复合材料及其制备方法，属于木质材料领域。背景技术[0002]木纤维是一种来源丰富的天然纤维，由于木纤维具有价格低廉、密度低、比强度高、可生物降解等优点，在家具、地板、汽车、服装等领域得到了广泛应用。然而，木纤维材料是一种极具安全隐患的易燃材料，一旦发生火灾，将会严重威胁人们的生命财产安全。同时，木纤维材料具有大量不规则空隙，使其有较强的吸水性，并容易吸附细菌、真菌等微生物，从而限制了木纤维在应用领域的进一步发展。传统的抗菌防腐剂如油类防腐剂、油载防腐剂和水载防腐剂等虽然对抑制微生物的生长是有效地，但大部分都具有毒性，对人体健康和环境安全带来不利影响。因此，研发阻燃、抗菌且环保的木纤维材料是近年来木纤维发展的重要方向。[0003]引用文献1公开了一种防腐抗菌木质纤维复合材的制备方法，先对木质纤维复合材表面喷涂一层纳米氧化物悬浮液，干燥；再在木质纤维复合材表面喷涂一层聚二甲基硅氧烷处理液，干燥；最后再在木质纤维复合材表面喷涂一层纳米氧化物悬浮液，干燥，即制得防腐抗菌木质纤维复合材；其中，所述纳米氧化物悬浮液为纳米三氧化二铝悬浮液、纳米二氧化钛悬浮液、纳米氧化锌悬浮液中的一种或几种。该方法制备的木质纤维复合材，虽具有一定的防腐抗菌性，但阻燃性存在不足。为提高其阻燃性能，需要将木质纤维、阻燃剂、抑烟剂充分混匀后，施加胶黏剂和石蜡，进行热压成型，制备成木质纤维复合材。该过程中使用了含有甲醛成分的胶黏剂，对人体和环境均存在一定的毒性。[0004]引用文献2公开了一种抗菌防霉木纤维砧板及其制备方法，所述抗菌防霉木纤维砧板由纳米银附着在基材表面构成，按质量分数计，包括纳米银1～10％和基材90～99％；所述基材，按重量份数计，包括木纤维85％～95％、木质素1～5％和水性树脂1～10％。该抗菌防霉木纤维砧板的制备方法，采用木纤维作为基材，附着纳米银作为抗菌剂，实现制备的抗菌防霉木纤维砧板具有防霉、抗菌抑菌、不易开裂等功效，但木纤维砧板仍存在阻燃性能不足的缺陷。[0005]引用文献[0006]引用文献1：CN109731747A[0007]引用文献2：CN106977969A发明内容[0008]发明要解决的问题[0009]鉴于现有技术中存在的技术问题，例如：木纤维材料无法兼具抗菌、阻燃和环保性能的问题，本发明首先提供了一种纤维基复合材料，安全环保，具有高阻燃性以及抗菌性[0010]进一步地，本发明还提供了一种纤维基复合材料的制备方法，该制备方法的原料CN112111969安全无毒、易于获取，且制备步骤简单易行，适合大批量生产。[0011]用于解决问题的方案[0012]本发明首先提供了一种纤维基复合材料，包括：[0013] 纤维材料，所述纤维材料包括至少一根木纤维； [0014] 金属有机骨架，其包含第一金属元素，所述金属有机骨架形成于所述木纤维的表 面，且所述金属有机骨架能够提供还原位点；以及， [0015] 纳米金属颗粒，其包含第二金属元素，所述纳米金属颗粒基于所述还原位点，原位 附着于所述木纤维的表面和/或内部；其中， [0016] 所述第一金属元素和第二金属元素不同。 [0017] 根据本发明的纤维基复合材料，其中，所述金属有机骨架的厚度为5‑1000nm。 [0018] 根据本发明的纤维基复合材料，其中，以所述纤维基复合材料的总质量计，所述金 属有机骨架的质量分数为5‑10％，所述纳米金属颗粒的质量分数为25‑45％。 [0019] 根据本发明的纤维基复合材料，其中，所述纤维基复合材料的表面至少包含有碳 元素、氧元素、第一金属元素以及第二金属元素；其中，以所述碳元素、氧元素、第一金属元 素以及第二金属元素的总质量计，所述碳元素的质量分数为20‑40％，所述氧元素的质量分 数为25‑45％，所述第一金属元素的质量分数为1‑5％；所述第二金属元素的质量分数为25‑ 45％。 [0020] 根据本发明的纤维基复合材料，其中，所述金属有机骨架包括单宁酸铁和单宁酸 铜中的一种或两种。 [0021] 根据本发明的纤维基复合材料，其中，所述纳米金属颗粒包括纳米银颗粒和纳米 金颗粒中的一种或两种。 [0022] 本发明还提供了一种根据本发明的纤维基复合材料的制备方法，包括将所述纤维 材料、金属有机骨架以及纳米金属颗粒复合成型的步骤。 [0023] 根据本发明的制备方法，其中，包括以下步骤： [0024] 提供至少一根木纤维形成纤维材料； [0025] 在所述木纤维的表面形成金属有机骨架，所述金属有机骨架能够提供还原位点； [0026] 基于所述还原位点，使纳米金属颗粒原位还原于所述木纤维的表面和/或内部。 [0027] 根据本发明的制备方法，其中，将单宁酸通过氢键结合在所述木纤维的表面，然后 浸入第一金属盐溶液中，以形成所述金属有机骨架。 [0028] 根据本发明的制备方法，其中，将形成有金属有机骨架的木纤维浸入第二金属盐 溶液中，原位还原形成纳米金属颗粒。 [0029] 发明的效果 [0030] 本发明的纤维基复合材料包含有纤维材料、金属有机骨架和纳米金属颗粒，纤维 基复合材料安全环保，极限氧指数高，具有优异的阻燃性能以及抗菌性能。 [0031] 进一步地，本发明还提供了纤维基复合材料的制备方法，该制备方法的原料安全 无毒、易于获取，且制备步骤简单易行，适合大批量生产。 附图说明 [0032] 图1示出了本发明的纤维基复合材料的扫描电子显微镜(SEM)照片； CN112111969 [0033]图2示出了本发明的金属有机骨架形成后的纤维基复合材料表面的元素能谱图 (不含有纳米金属颗粒)； [0034] 图3示出了本发明的纳米金属颗粒形成后的纤维基复合材料表面的元素能谱图 (含有纳米金属颗粒)。 具体实施方式 [0035] 以下，针对本发明的内容进行详细说明。以下所记载的技术特征的说明基于本发 明的代表性的实施方案、具体例子而进行，但本发明不限定于这些实施方案、具体例子。需 要说明的是： [0036] 本说明书中，使用“数值A～数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、B的范围。 [0037] 本说明书中，如没有特殊声明，则“多”、“多种”、“多个”等中的“多”表示2或以上的 数值。 [0038] 本说明书中，所述“基本上”、“大体上”或“实质上”表示于相关的完美标准或理论 标准相比，误差在5％以下，或3％以下或1％以下。 [0039] 本说明书中，如没有特别说明，则“％”均表示质量百分含量。 [0040] 本说明书中，使用“可以”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行某种处理两 方面的含义。 [0041] 本说明书中，“任选的”或“任选地”是指接下来描述的事件或情况可发生或可不发 生，并且该描述包括该事件发生的情况和该事件不发生的情况。 [0042] 本说明书中，“室温”或“常温”的温度一般是在10‑40。 [0043] 本说明书中，所提及的“一些具体/优选的实施方案”、“另一些具体/优选的实施方 案”、“实施方案”等是指所描述的与该实施方案有关的特定要素(例如，特征、结构、性质和/ 或特性)包括在此处所述的至少一种实施方案中，并且可存在于其它实施方案中或者可不 存在于其它实施方案中。另外，应理解，所述要素可以任何合适的方式组合在各种实施方案 [0044]第一方面 [0045] 本发明的第一方面中，提供了一种纤维基复合材料，包括： [0046] 纤维材料，所述纤维材料包括至少一根木纤维； [0047] 金属有机骨架，其包含第一金属元素，所述金属有机骨架形成于所述木纤维的表 面，且所述金属有机骨架能够提供还原位点；以及， [0048] 纳米金属颗粒，其包含第二金属元素，所述纳米金属颗粒基于所述还原位点，原位

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