[发明专利]纳米微晶纤维素/层状硅酸盐杂化体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米微晶纤维素，特别是涉及一种纳米微晶纤维素/层状硅酸盐杂化体及其制备方法，属于纳米材料领域。

背景技术

纳米微晶纤维素来自天然高分子聚合物，具有成本低、强度高、轻便、经济、环保等特点，其理论杨氏模量为250GPa，比拉伸强度为5200kN·m/kg，为金属钛的18倍，且具有特殊的物理和光学性质，由于其独特性能，纳米微晶纤维素的研究近年来备受关注。纳米微晶纤维素广泛应用于复合材料、造纸、食品、医药等领域，而纳米微晶纤维素作为增强体用于高分子材料中制备纳米复合材料是最重要的应用领域之一。与原生纤维素相比，由于分离过程的影响，纳米微晶纤维素的热稳定性较差，在用于高分子材料注射成型、双螺杆挤出等熔融加工过程(一般超过200℃)易发生降解变黑现象，无法发挥补强效果。因此通过改善其热稳定性，有望使纳米微晶纤维素成为一种绿色环保型增强材料而用于高分子材料中。

目前改善纳米纤维素热稳定性的主要集中在以下2个方面：(1)改进提取工艺，减少磺酸基团的引入，如用盐酸、磷酸代替硫酸水解纤维原料，或反应结束后用氢氧化钠中和，虽然此法制得的纳米纤维素的热稳定有所提高，但表面电荷减少，容易发生团聚，分散性较差。(2)纳米纤维素表面改性，如将纳米微晶纤维素表面的羟基取代为乙酰基或其它耐热基团，纳米纤维素表面通过原位生成包覆高分子聚合物等手段均能有效提高其热稳定性，但改善效果却依旧有限。

发明内容

本发明专利提供了一种纳米微晶纤维素/层状硅酸盐杂化体及其制备方法，可有效克服纳米微晶纤维素热稳定性差的问题，且得到性能更优异的有机无机杂化的纳米填料。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种纳米微晶纤维素/层状硅酸盐杂化体的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：

(1)利用硫酸水解纤维素原料，制备出纳米微晶纤维素，冷冻干燥成粉末后备用；

(2)以质量份数计，将1份纳米微晶纤维素加入到5～30份去离子水与10～20份稀释剂混合液中分散均匀，加入用量为纳米微晶纤维素绝干质量5～20％的碱催化剂，25～50℃下碱化处理1～3h；

(3)步骤(2)所得产物升温至30～100℃，加入用量为纳米微晶纤维素质量10％～60％的阳离子醚化剂，混合搅拌均匀，醚化3～5h，反应结束后调节pH为中性，离心洗涤后获得阳离子化纳米微晶纤维素的分散液；所述阳离子醚化剂为环氧丙基三甲基氯化按、氯丙基三甲基氯化按、二甲基二烯丙基氯化按和(3‐氯‐2‐羟丙基)三甲基氯化铵中的至少一种；

(4)将层状硅酸盐与步骤(3)所得分散液在pH为3～12条件下超声处理30～100min，混合均匀，配制得到层状硅酸盐的质量百分比浓度为0.5～5％，阳离子纳米纤维素质量百分比浓度为1～5％，50～90℃下磁力搅拌10～24h，将混合液离心洗涤至中性，烘干，研磨，得到纳米纤维素插层蒙脱土的有机无机纳米杂化体。

步骤(1)中所述纤维素原料为秸秆、木粉、竹粉、蔗渣粉何微晶纤维素中的至少一种。

步骤(2)所述的稀释剂为异丙醇、乙醇和丙酮中的至少一种。

步骤(3)所述的碱催化剂为氢氧化钠或氢氧化钾。

步骤(3)所述的反应结束后调节pH为中性是用稀盐酸调节。

步骤(4)所述烘干的温度为50～80℃。

步骤(4)中所用的层状硅酸盐为钠基或钙基蒙脱土。

上方法中物料的份数均为重量，所用化学试剂及原料的纯度均为分析纯。

一种纳米微晶纤维素/层状硅酸盐杂化体，由上述制备方法制得。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1)本发明纳米微晶纤维素插层到蒙脱土的片层间，由于蒙脱土片层阻隔作用，可以较大幅度提高纳米微晶纤维素/层状硅酸盐杂化体热稳定性；

2)本发明纳米纤维素阳离子化后，可以增加与高分子材料的相容性，并且，表面羟基数目减少，可以降低团聚；

3)本发明纳米纤维素与蒙脱土之间可以形成多维共存杂化体，既具备有机、无机纳米填料各自特点，又兼有多维共存杂化的性质；在应用于高分子材料熔融加工中，热稳定性以及机械性能更加优异。

附图说明

图1为实施例1中制备的纳米微晶纤维素、杂化体的热失重曲线图。

图2为实施例1蒙脱土和杂化体的X射线谱图。

图3为实施例4制备的质量分数为1％纳米微晶纤维素、钠基蒙脱土、杂化体等悬浮液静止5天后的分散状态图。