[發明專利]一種氨基硅烷改性納米纖維素氣凝膠的方法

有效

• 申請號: 201611241789.5
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106750384B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 江華;張洋;吳煜;王曉宇
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08J3/09;C08J9/28;C08J7/12
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

本發明是一種氨基硅烷改性納米纖維素氣凝膠的方法，包括：1）使納米纖維素懸浮液變成半透明膠體；2）將納米纖維素膠體擠出成球形或短棒狀水凝膠；3）使成型的納米纖維素水凝膠變成醇凝膠；4）制得納米纖維素氣凝膠；5）氣態有機胺在納米纖維素氣凝膠表面進行吸附；6）真空回收剩余的有機胺催化劑；7）氣態氨基硅烷與納米纖維素氣凝膠進行化學反應；8）真空回收未反應的氨基硅烷；9）制得相應的氨基硅烷化的納米纖維素氣凝膠。優點：1）消除液相改性過程中所遇到的溶劑回收、分離過程，簡化了胺基化改性的工藝；2）保持納米纖維素氣凝膠原始微觀三維網絡結構，提高改性接枝密度和均勻性；3）過程簡單效率高成本低。

技術領域

本發明涉及的是一種氨基硅烷改性納米纖維素氣凝膠的方法，屬于木質纖維復合材料技術領域。

背景技術

納米纖維素是一維或多維空間上尺寸處于納米級別（1-100nm）的纖維素類物質，是一種天然高分子。它具體纖維素的可再生性、生物兼容性好、生物可降解等特點，同時，它還具有較大的比表面積、優越的力學性能和光學特性等特點。氣凝膠是一種具有高通透性三維網絡結構的材料，具有極高的孔隙率、較高的比表面積、極低的密度、低導熱能力等特點。目前，氣凝膠在生物醫藥載體、光電傳感器、催化技術、吸附技術、儲能等方面都具有潛在的應用。納米纖維素氣凝膠是納米纖維素通過物理或化學作用所形成的凝膠，它同時具有納米纖維素、氣凝膠的特性，因此，納米纖維素氣凝膠具有非常廣泛的潛在應用前景。

目前，為了能滿足各個領域的應用，人們越來越感興趣將納米纖維素氣凝膠進行功能化改性，尤其是采用胺基硅烷對納米纖維素進行胺基功能化，胺基功能化的納米纖維素氣凝膠可用于各類色譜的固定相、二氧化碳氣體和金屬離子吸附劑、固定生物酶分子和抗體、制備半導體裝置和化學傳感器等等。

納米纖維素氣凝膠的胺基功能化方法會嚴重地影響胺基硅烷分子的定向、表面密度、胺基硅烷分子“涂層”的厚度，會影響氨基硅烷分子與納米纖維素表面的羥基作用類型，最終影響著胺基化納米纖維素氣凝膠的特性。

目前，納米纖維素氣凝膠胺基功能化改性主要在液相（包括水相、有機相）中進行，功能化改性時，胺基硅烷分子在納米纖維素表面分分布難以控制，改性之后，納米纖維素表面的胺基硅烷分子“涂層”的厚度不均勻性嚴重；同時，胺基硅烷之間的自聚合現象嚴重，自聚將導致納米纖維素氣凝膠中部分孔道封閉或堵塞，降低了原氣凝膠的孔隙率、比表面積，而且，接枝密度低，一般僅有3-6mmolN/g。另外，液相改性時，存在溶劑回收、分離工藝復雜，為此，需要開發出一種新工藝方法，克服液相改性過程中所遇到的上述問題。

發明內容

本發明提出的是一種氨基硅烷改性納米纖維素氣凝膠的方法，在該方法中，首先利用無水低分子有機胺活化納米纖維素表面的羥基，然后，利用氨基硅烷與被有機胺活化了的納米纖維素表面的羥基進行化學反應，上述的活化和化學反應過程均在氣固相之間進行。本發明的目的旨在提高氨基硅烷分子在納米纖維素表面均勻分布；消除胺基硅烷之間的自聚、保留納米纖維素氣凝膠的原始微觀三維網絡結構；提高胺基硅烷與纖維素表面的羥基反應的效率，提高接枝密度，接枝均勻性。

本發明的技術解決方案:一種氨基硅烷改性納米纖維素氣凝膠的方法，包括如下步驟：

（1）使納米纖維素懸浮液變成半透明膠體；

（2）將納米纖維素膠體擠出成球形或短棒狀水凝膠；

（3）使成型的納米纖維素水凝膠變成醇凝膠；

（4）制得納米纖維素氣凝膠；

（5）氣態有機胺在納米纖維素氣凝膠表面進行吸附；

（6）真空回收剩余的有機胺催化劑；

（7）氣態氨基硅烷與納米纖維素氣凝膠進行化學反應；

（8）真空回收未反應的氨基硅烷；