[發明專利]一種高離子電導率納米纖維素/聚乙烯醇水凝膠膜的制備方法

有效

• 申請號: 201810497520.6
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108641100B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 喬建政;吳義強;劉柳;卿彥;羅莎;李賢軍;李蕾;田翠花
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08J5/18;C08L1/02;C08L29/04
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 錢朝輝

一種高離子電導率納米纖維素/聚乙烯醇水凝膠膜的制備方法，包括以下步驟：(1)制備納米纖維素并將其分散于水溶液中得到納米纖維素溶液；(2)將聚乙烯醇加入步驟(1)中得到的納米纖維素溶液中，分散均勻得到納米纖維素/聚乙烯醇混合液；(3)將異丙醇加入步驟(2)中得到的納米纖維素/聚乙烯醇混合液中，攪拌均勻后倒入培養皿中進行冷凍?解凍循環后得到高離子電導率納米纖維素/聚乙烯醇水凝膠膜。本發明中的納米纖維素/聚乙烯醇水凝膠膜凝膠分子鏈間的自由體積大，孔隙結構多，具有很高的離子電導率。

技術領域

本發明屬于高分子復合材料領域，尤其涉及一種水凝膠膜的制備方法。

背景技術

水凝膠是一種具有三維網絡結構的親水保水材料。聚乙烯醇(PVA)水凝膠是一種無毒、機械強度高、生物相容性極佳的材料，廣泛應用于生物醫學、食品、農業等領域。近年來，利用PVA復合水凝膠作為固態電解質隔膜應用在超級電容器中成為一個研究熱點。

納米纖維素(CNFs)是由天然植物纖維經強酸、氧化或機械剪切等方法拆解后得到的直徑在納米級的纖絲。由于其具有較大的長徑比和較多表面羥基，在水體系中相互纏結呈現三維網狀結構。采用CNFs與PVA制備的復合水凝膠結構中既存在納米纖維/聚合物雙網絡結構，又因CNFs表面較多的活性位點、羥基而形成的物理或化學“交聯點”，從而可以提高凝膠機械強度與柔韌性。

現有技術CN102786642A中公開了一種納米纖維素/聚乙烯醇凝膠復合材料，該材料制備過程中用到較多的交聯劑、引發劑等化學試劑，制備過程難以控制，不夠綠色環保，且最終制備得到的復合材料的離子電導率性能未提及。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種高離子電導率、無毒環保的納米纖維素/聚乙烯醇水凝膠膜的制備方法。為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種高離子電導率納米纖維素/聚乙烯醇水凝膠膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備納米纖維素并將其分散于水溶液中得到納米纖維素溶液；

(2)將聚乙烯醇加入步驟(1)中得到的納米纖維素溶液中，分散均勻得到納米纖維素/聚乙烯醇混合液；

(3)將異丙醇加入步驟(2)中得到的納米纖維素/聚乙烯醇混合液中，攪拌均勻后倒入培養皿中進行冷凍-解凍循環后得到高離子電導率納米纖維素/聚乙烯醇水凝膠膜。

上述制備方法中，優選的，所述冷凍-解凍循環次數為4～6次，冷凍溫度為-20～-50℃，冷凍-解凍過程培養皿始終保持敞口。敞口可使異丙醇與水分及時揮發。在冷凍過程中，納米纖維與聚乙烯醇大分子鏈被凍結，由于異丙醇熔點為-87.9℃，冷凍過程中可以快速揮發，水分冷凍成冰后，可在異丙醇的揮發作用驅動下，升華為水蒸氣揮發，這樣就在保證大分子骨架結構不塌陷的情況下生成大量的孔隙，有利于離子轉移。

上述制備方法中，優選的，所述步驟(1)中，所述納米纖維素的制備方法如下：將脫除木質素的纖維素加入硫酸溶液中攪拌水解，水解結束后加入超純水使反應停止，再進行離心處理并收集沉淀產物，用超純水洗滌沉淀產物至上層清液的pH為6～7，得到經硫酸水解處理的纖維素沉淀，再將纖維素沉淀進行高壓均質剪切，即得納米纖維素。上述制備方法中對脫除了木質素、半纖維素的纖維素原料，采用硫酸處理進一步打斷纖維素分子鏈中的非結晶區，再采用均質機處理，得到尺寸均一的納米纖維素。

上述制備方法中，優選的，所述納米纖維素的制備方法中，所述硫酸溶液的濃度為40wt％～50wt％；水解時保持攪拌轉速為200rpm～300rpm，水解時間為1.5h～2.5h，水解溫度為40℃～50℃；離心處理時保持離心機的轉速為8000rpm～10000rpm，離心處理時間為5min～10min；高壓均質剪切時保持壓力為90MPa～120MPa，循環剪切8～20次。