[發明專利]一種多重響應納米纖維素復合膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202011114410.0
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112266502B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 龍柱;孟亞會
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C08L1/04
• 分類號: C08L1/04;C08K5/19;C08K5/07;C08K5/1545;C08J5/18;G01N21/25
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 林娟

本發明公開了一種多重響應納米纖維素復合膜及其制備方法，屬于功能材料技術領域。本發明所述的多重響應納米纖維素復合膜的組分包括納米纖維素晶體、深度共溶劑、花青素；其中所述的深度共溶劑是由氯化膽堿和生物糖組成，氯化膽堿與生物糖的質量比為1～20：1～6；納米纖維素晶體、深度共溶劑、花青素的質量比為10：0～10：1，且深度共溶劑的用量不為0。本發明的復合膜制備簡單、易操作，條件溫和、耗時短。本發明制備的多重響應膜具有濕度和pH兩種檢測功能，并且具有良好的柔性、可逆性和優異的穩定性等優點，可用作柔性濕度和pH傳感器。

技術領域

本發明涉及一種多重響應納米纖維素復合膜及其制備方法，屬于功能材料技術領域。

背景技術

納米纖維素晶體(CNC)具有可持續，可再生、可生物降解、高強度，高光學透明度和良好的自組裝能力等特性，引起了科研工作者的廣泛關注。通常，CNC是酸水解法從纖維素纖維中提取的，主要包括硫酸、鹽酸和磷酸等。在這些酸中，64wt％硫酸水解是最常用的方法，可制得直徑為5-10nm，長度為100-300nm，表面帶負電荷的硫酸半酯基團的棒狀CNC。在低濃度的CNC中，懸浮液屬于各向同性相。當懸浮液到達CNC的臨界濃度時，懸浮液開始表現出膽甾型液晶相的特性。懸浮液高于CNC的臨界濃度時，通過交叉偏振器可觀察到剪切雙折射現象。隨著靜置時間的增加，懸浮液自發地分離為上部分(各向同性相)和下部分(各向異性相)。各向異性的棒狀CNC可以在濃縮溶液中自組裝成手性向列液晶相，隨著溶劑的蒸發，可以生成膽甾型CNC膜。

CNC懸浮液的間距通常在微米級別，并且在蒸發過程中CNC濃度的增加會導致螺距減小，達到可見波長范圍從而使薄膜呈現顏色。許多方法(如添加電解質、超聲處理、離子強度、干燥溫度等)都可以調節螺距，從而控制CNC薄膜的顏色。然而，由于CNC的高度脆性，所制備的薄膜通常極易破碎。為了克服這一缺陷，水溶性聚合物，如聚乙二醇(PEG)，聚乙烯醇(PVA)，水性聚氨酯(WPU)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)已被用于降低CNC薄膜的脆性，同時保持其獨特的顏色。此外，1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物(AmimCl)也被用于增加薄膜的柔韌性同時保持CNC薄膜的彩虹色。通常，為了獲得具有柔韌性和可調色性的彩虹色CNC膜，在引入上述聚合物作為增塑劑時，超聲處理是必不可少的。然而，過度超聲會不可逆轉地抑制CNC的自組裝，從而導致薄膜顏色消失。

因此，一種簡便的方法對于制備柔性好，可調色的虹彩CNC膜是至關重要的。

發明內容

為了解決上述至少一個問題，本發明以納米纖維素晶體(CNC)為基材，深度共溶劑(DES)為增塑劑和吸濕劑，花青素為pH指示劑，于室溫下攪拌至溶液混合均勻，然后澆鑄在聚四氟乙烯盤中，室溫干燥得到多重響應納米纖維素復合膜。深度共溶劑既可用作增塑劑以改善CNC薄膜的柔韌性，又可用作吸濕劑以調節復合膜的光子帶隙。

本發明的第一個目的是提供一種多重響應納米纖維素復合膜，組分包括納米纖維素晶體(CNC)、深度共溶劑(DES)、花青素；其中所述的深度共溶劑是由氯化膽堿和生物糖組成；納米纖維素晶體(CNC)、深度共溶劑(簡稱DES)、花青素的質量比為10：0～10：1，且深度共溶劑的用量不為0。

在本發明的一種實施方式中，所述的氯化膽堿與生物糖的質量比為1～20：1～6，進一步優化為2：1。

在本發明的一種實施方式中，所述的深度共溶劑DES的制備方法為：將氯化膽堿和生物糖按質量比為1～20：1～6混合，在70～90℃下攪拌8～12h，得到無色透明溶液，即深度共溶劑DES。

在本發明的一種實施方式中，所述的深度共溶劑的制備方法為：將氯化膽堿和葡萄糖按質量比2：1混合，在80℃油浴鍋中，加熱并攪拌10h，得到無色透明溶液，即深度共溶劑DES。

在本發明的一種實施方式中，所述的生物糖包括葡萄糖、蔗糖中的一種或多種。

本發明的第二個目的是制備本發明所述的多重響應納米纖維素復合膜的方法，包括如下步驟：