[发明专利]一种交联纳米纤维素/六方氮化硼纳米片复合膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种交联纳米纤维素/六方氮化硼纳米片复合膜的制备方法。所述复合膜由直径为2～20nm、长度为100nm～5μm的纳米纤维素与具有优异介电性能的六方氮化硼纳米片复合，再经多价金属盐溶液浸泡后制得。本发明提供的复合膜具有较低的介电损耗，较高的击穿强度、储能密度和储能效率，另外，复合膜还具有良好的层状结构，并且经交联后热稳定性能也有了显著的提高。该复合膜将在介电储能应用方面具有广阔且极具潜力的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种交联纳米纤维素/六方氮化硼纳米片复合膜的制备方法。

背景技术

纤维素是自然界中储量最为丰富的天然高分子，这为纳米纤维素的获取提供了广泛的来源，也使纳米纤维素具有成本低廉而且产量大的优势；此外，纳米纤维素膜柔性好、透光率高、致密性好，是作为储能材料基底的理想材料。目前，纳米纤维素制备的原料以植物为主，而高等植物中天然纤维素包裹在植物细胞壁内，与细胞壁有错综复杂的连接作用，这会导致剥离纤维素较为困难，经过众多科研工作者的研究，已发现纳米纤维素制备的多种方法，这些方法主要有物理法、化学法和生物法，但由机械分离法(物理法)或强酸水解法(化学法)等方法得到的纳米纤维素，存在纤维长度较短、粗细分布不均匀等缺点。

六方氮化硼具有类似于石墨的层状结构，因此其可用于制备高结构规整性的层状聚合物复合材料。此外，六方氮化硼的化学稳定性好，其本身击穿强度极高，可达700kV/mm，因此六方氮化硼纳米片作为填料添加入基体材料中可大幅度提高基体的击穿强度。将纳米纤维素和六方氮化硼纳米片复合能够综合二者的优点，获得层状结构良好，介电性能好和热稳定性优异的复合膜材料。

但目前通常加入无机填料会引入结构的缺陷，使得复合层间隙较大。

发明内容

本发明目的在于提供一种层状结构良好，介电性能好和热稳定性优异的交联纳米纤维素/六方氮化硼纳米片复合膜及其制备方法。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种交联纳米纤维素/六方氮化硼纳米片复合膜的制备方法，包括以下步骤：

1)制备纳米纤维素(TOCN)分散液：

将TEMPO与NaBr加入去离子水中，搅拌至完全溶解，然后加入天然纤维素、NaClO，用NaOH溶液调节体系pH值为9～11，在10～30℃下氧化反应0.5～7h后过滤、洗涤、干燥得到纳米纤维素，测其水含量；再将其加入到蒸馏水中进行分散得到纳米纤维素分散液，即TOCN分散液；

2)制备六方氮化硼纳米片粉末(BNNS)：

将六方氮化硼原料粉末与三乙醇胺混合，经搅拌、离心后取上清液，制得六方氮化硼的分散液；再在分散液中加入去离子水充分混合，进行抽滤、洗涤；洗涤后得到的产物再分散于去离子水中，用离心管装好后置于液氮中进行快速冷冻，最后将冷冻好的离心管放入冷冻干燥箱，冷冻干燥至粉末状；

3)制备纳米纤维素/六方氮化硼纳米片(TOCN/BNNS)复合膜：

将所得纳米纤维素分散液与所得六方氮化硼纳米片粉末混合，然后将混合分散液进行搅拌、超声，经流延成膜和烘干制得纳米纤维素/六方氮化硼纳米片复合膜；

4))制备交联纳米纤维素/六方氮化硼纳米片(CLTOCN/BNNS)复合膜：

将多价金属盐粉末加入到去离子水中，搅拌至混合均匀，制成多价金属盐溶液；再将步骤3所得纳米纤维素/六方氮化硼纳米片复合薄膜放入所述多价金属盐溶液中浸泡0.1～10h，经水洗涤后，烘干制得交联纳米纤维素/六方氮化硼纳米片复合膜。

按上述方案，步骤1中TEMPO、NaBr、天然纤维素、NaClO按质量比为1:(1～10):(10-100):(10-100)。