[发明专利]一种手性向列纳米纤维素‑还原氧化石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料的技术领域，特别涉及一种手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

纳米纤维素(NCC)是自然界中最丰富的具有生物降解性的高分子材料，制造成本低廉，无毒无害，力学性能优异，具有巨大的比表面积、较好的热稳定性等优势，特别是NCC具有很高的杨氏模量和生物相容性，通过自身的蒸发诱导自组装形成手性向列型液晶相结构，可作为基体材料赋予了导电复合薄膜更多的形态特征。纳米纤维素和石墨烯组成的复合材料可以表现出独特的性能，近年来受到人们的广泛关注。

目前制备纳米纤维素-石墨烯复合薄膜的方法很多，公开号为CN103937032A的中国专利中采用真空抽滤的方法，在流动场的存在下制备出了纤维素纳米晶石墨烯的彩色复合膜。公开号为CN105860143A的中国专利公开了一种柔性纳米纤维素-石墨烯复合膜及其制备方法，其中将氧化石墨烯分散液和纳米纤维素分散液超声后还原，得到纳米纤维素石墨烯的分散液，再通过离心脱气和真空抽滤得到复合膜。

但是，目前制备纳米纤维素-石墨烯复合薄膜的方法操作较为复杂，且均会对纳米纤维素的手性向列结构产生一定的破坏，复合薄膜不能保留手性向列纳米纤维素的特殊性能。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法不会对纳米纤维素的手性向列结构产生破坏，步骤简单，所得复合薄膜不仅具有纳米纤维素的优良特性，还具有手性向列结构的光学特性和石墨烯的导电性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将纤维和硫酸混合进行水解反应，得到纳米纤维素悬浮液；

将所述纳米纤维素悬浮液依次进行离心、透析和浓缩，得到手性向列纳米纤维素液晶相材料；

将所述手性向列纳米纤维素液晶相材料和还原氧化石墨烯水悬浮液混合后干燥成膜，得到手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜。

优选的，所述硫酸的质量浓度为90～98％；

所述纤维的质量和硫酸的体积比为10～30g：100～200ml。

优选的，所述水解反应的温度为30～70℃；水解反应的时间为1～3h。

优选的，所述透析具体为将纳米纤维素悬浮液透析至pH值为6.5～7.5；

所述浓缩具体为将纳米纤维素悬浮液的质量浓度浓缩至2～5％。

优选的，所述还原氧化石墨烯水悬浮液的质量浓度为10～20％；

所述手性向列纳米纤维素液晶相材料和还原氧化石墨烯水悬浮液的质量比为1～5：1～5。

优选的，所述还原氧化石墨烯水悬浮液的制备方法包括以下步骤：

将氧化石墨烯和还原剂在水中进行还原反应，得到含有还原氧化石墨烯的反应液；

将所述含有还原氧化石墨烯的反应液离心至pH值为6.5～7.5，得到还原氧化石墨烯水悬浮液。

优选的，所述还原剂为维生素C和/或茶多酚；

所述氧化石墨烯和还原剂的质量比为0.1～0.5：0.3～1。

本发明提供了上述方案任意一项所述制备方法制备的手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜。

本发明提供了上述方案所述的手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜在导电材料中的应用。

本发明提供了上述方案所述的手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜在湿敏指示材料中的应用。

本发明提供了一种手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：将纤维和硫酸混合进行水解反应，得到含有纳米纤维素的反应液；将所述含有纳米纤维素的反应液依次进行离心、透析和浓缩，得到手性向列纳米纤维素液晶相材料；将所述手性向列纳米纤维素液晶相材料和还原氧化石墨烯水悬浮液混合后干燥成膜，得到手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜。本发明提供的制备方法将手性向列纳米纤维素液晶相材料和还原氧化石墨烯水悬浮液混合后直接干燥成膜，不会对纳米纤维素的手性向列结构产生破坏，且步骤简单，原料丰富易得，成本低。