[发明专利]一种无溶剂纳米纤维素流体及其制备方法

说明书

本发明公开一种无溶剂纳米纤维素流体的制备方法。该方法是将纳米纤维素表面通过化学接枝带上高密度电荷，再通过静电作用与另一种带相反电荷的柔顺高分子结合，除去溶剂后得到无溶剂纳米纤维素流体。该纳米流体以纳米纤维素为核，化学接枝的中间层为晕层，柔顺聚醚类高分子层为天蓬层。该纳米流体结构稳定，在室温就会表现出液体行为，显示出明显的双折射现象，并且避免了纳米纤维素溶致液晶溶剂易挥发和纳米纤维素易聚集的问题。本专利还公布了通过改变晕层和天蓬层的结构，来调控该纳米流体双折射现象的温度依赖关系。本发明制备的无溶剂纳米纤维素流体制备方法简单易行、成本低，其独特可控的液晶现象可用于防伪、传感、探测、液晶显示等领域。

技术领域

本发明涉及一种无溶剂纳米纤维素流体的制备方法，属于化学化工、高分子功能材料领域。

背景技术

面对塑料污染和不可再生资源的日益枯竭，可持续天然高分子资源有望成为石油基高分子的优先替代品。纤维素是最丰富的天然高分子，表面具有大量的羟基，能被设计成各种功能材料。纳米纤维素包括纤维素纳米晶须，纤维素纳米纤维，细菌纤维素等由多条纤维素链紧密结合组成。因各向异性结构，一定浓度的纳米纤维素分散液或纳米纤维素丝、膜等固体材料都表现出明显的双折射现象。

近年来，根据纳米纤维素的液晶结构和性质出发研究和制备探测器，模板，反射器和传感器等功能材料受到越来越多的关注(J.P.F.Lagerwall,C.Schütz,M.Salajkova,J.Noh,J.Hyun Park,G.Scalia,L.NPG Asia Materials 2014,6,80.M.Giese,L.K.Blusch,M.K.Khan,M.J.MacLachlan,Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,2888-2910.)。但这些研究几乎都是基于纳米纤维素的溶致液晶，而溶致液晶极不稳定，在长时间放置或离心后会发生相分离，且受到溶剂的制约。

2005年Giannelis等(A.B.Bourlinos,R.Herrera,N.Chalkias,D.D.Jiang,Q.Zhang,L.A.Archer,E.P.Giannelis,Adv.Mater.2005,17,234-237.)将SiO₂和Fe₂O₃纳米粒子经过接枝改性得到无溶剂纳米流体，之后基于各种纳米材料(金属、金属氧化物、量子点、蛋白质、石墨烯、碳纳米管等)的无溶剂纳米流体被制备出来。这种纳米流体兼具纳米材料的物理化学性能和流体的流动性。目前基于纳米纤维素的无溶剂纳米流体的制备方法和性能还没有被报道。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种无溶剂纳米纤维素流体及其制备方法。

通过本发明提供方法所制备的纳米纤维素无溶剂，兼具纳米材料的物理化学性能和流体的流动性。该纳米纤维素流体为由三层组成的核壳结构：以纳米纤维素为核，化学接枝的中间层为晕层，柔顺聚醚类高分子层为天蓬层。纳米纤维素在无溶剂的情况下依然具有流动性，赋予纳米纤维素自由排列重组的能力，并且纳米流体显示出双折射性质，说明形成液晶。相比纳米纤维素溶致液晶，纳米纤维素不聚集不絮凝，稳定性更强。通过选择晕层和天蓬层的组成和结构可改变纳米纤维素无溶剂流体的液晶行为和双折射现象与温度依赖关系。纳米纤维素液晶在自然光下是透明的，在垂直偏振片下显示彩色的双折射现象。温敏性液晶可以指示温度，并且其特有的温敏性可作为防伪材料。温度不敏感液晶因双折射现象不受温度影响，纳米纤维素液晶作为电、磁或力响应材料时不受温度干扰。

本发明提供的技术方案如下：

一种无溶剂纳米纤维素流体，由核、晕层和天蓬层三层组成的核壳结构；

其中，核为纳米纤维素；

晕层为与纳米纤维素接枝的硅烷偶联剂；

天蓬层为柔顺聚醚类高分子层。