[发明专利]一种水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系及紫外屏蔽型透明薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系及紫外屏蔽型透明薄膜的制备方法，首次通过添加少量具有优异热力学稳定性能性、紫外屏蔽性能的芳纶纳米纤维，将纳米纤维素与芳纶纳米纤维经过高剪切及再分散技进行均匀混合与分散，经过超声脱气、真空抽滤、低温干燥等步骤得到具有一定透明度的紫外屏蔽纳米纤维复合薄膜。本发明采用天然植物纤维为基本原料，降低了生产成本，有效解决了现阶段紫外屏蔽材料所存在的有毒、难降解等问题。同时采用合成芳纶纳米纤维显著改善了复合材料的热力学性能和优异的紫外屏蔽性能。本发明制备过程简单、成本低廉，性能优异且绿色可降解，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系及紫外屏蔽型透明薄膜的制备方法。

背景技术

随着人类现代工业化活动的加剧，可吸收大气中99％紫外线的臭氧层已遭到严重地破坏。过多的紫外线辐射不仅会导致地球上有机高分子材料发生降解和老化，更严重的是人类自身也会患上皮肤类癌症。

为了尽量减少紫外辐射所带来的危害，紫外屏蔽材料成为近年的研究热点。根据屏蔽原理，紫外屏蔽材料可分为紫外反射剂和紫外吸收剂。目前，紫外反射剂应用比较广泛的是具有较高折射率的(纳米)无机金属氧化物如氧化锌、(纳米)二氧化钛和二氧化硅等；紫外吸收剂主要是分子结构上有连接于芳香族衍生物上的吸收波长小于400nm的发色基团或助色基团的有机化合物如二苯甲酮类、苯并三唑类和草酰苯胺等。在紫外线作用下，紫外反射型屏蔽材料光热稳定性好，催化活性高，但是存在难分散，透明度低和紫外屏蔽波段窄的问题。此外，过高催化活性也会导致其所在的分散质发生老化和降解，进一步使材料自身寿命减少、紫外屏蔽性能受损。相比之下，紫外吸收型屏蔽材料屏蔽效率高、透明性好，但是部分具有毒性且耐光热性能较差，这也是目前阻碍紫外吸收型屏蔽材料发展的重要原因。因此，寻求一种绿色透明、耐光热、在紫外全波段都具有高屏蔽效果的紫外屏蔽材料迫在眉睫。

纤维素是一种由D-吡喃葡萄糖单元通过β-1-4糖苷键相互连接而成的线性天然高分子材料，具有原料分布广、绿色可降解、可再生的特点。近年来，在纳米技术的高速推动下，纳米纤维素，作为一种重要的纳米构筑基元，因具有大长径比、高比表面积、高表面活性和优异的力学性能而广泛应用于透明薄膜、柔性显示和隔热保温等材料领域。基于纳米尺寸所特有的纳米效应及其分子结构特点，尽管纯纳米纤维素薄膜材料在自然可见光下呈现高透明性，然而在实际应用中，纳米纤维素对环境湿度的高度敏感性导致最终薄膜材料的力学性能远低于理论性能。此外，纳米纤维素在太阳光紫外波段内吸收较少，这极大限制了纳米纤维素在高透明紫外屏蔽材料中应用的可能性。

芳纶纳米纤维(直径为5-30nm)是近年来比较新颖的一类高性能合成纳米基元材料。通过碱溶法定向破环宏观芳纶分子结构中的横向氢键和范德华作用力，芳纶纳米纤维继承了宏观芳纶纤维大部分结构和性能(分子结构和化学结构，力学性能以及热稳定性)。区别于宏观芳纶纤维，芳纶纳米纤维具有大长径比和高比表面积，其表面丰富的活性基团为芳纶纳米纤维与其他极性材料进行混合与交联奠定了基础。此外，芳纶纤维属于芳香族衍生物之一，其分子结构上连接有丰富的吸收波长小于400nm的酰胺键，可在紫外全波段区表现出优异的紫外屏蔽性能。因此，芳纶纳米纤维，作为一种新型的透明紫外吸收剂在紫外屏蔽材料领域中有着广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系及紫外屏蔽型透明薄膜的制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明有效地解决了现阶段紫外屏蔽材料所存在的透明度低、难分散、紫外波段吸收波段窄、有毒难降解的技术难题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系的制备方法，包括以下步骤：

(1)将对位芳纶纤维X、氢氧化钾、二甲基亚砜置于容器中，搅拌分散，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液A；