[发明专利]一种高强度纳米纤维素-纳米芳纶复合膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度纳米纤维素‑纳米芳纶复合膜的制备方法。所述制备方法为，将在二甲基亚砜中分散的TEMPO氧化的纳米纤维素和纳米芳纶分散体混合，随后在将纳米芳纶质子化之后，对混合溶液进行超声处理，最后通过真空抽滤和热压处理得到高强度复合膜。所述的纳米纤维素‑纳米芳纶复合膜拥有较高的强度，其最大拉伸力可以达到344.43MPa，韧性可以达到72.99MJ/msupgt;3/supgt;。同时，由于TEMPO氧化纳米纤维素较小的尺寸，较低的长径比，以及优异的分散性能，其添加之后有效地提高了薄膜的透明度。本发明扩展了纳米纤维素的应用范围，为高强度、高韧性材料的发展提供了思路。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种高强度纳米纤维素-纳米芳纶复合膜的制备方法。

背景技术

芳纶纤维由于高强度、耐高温、耐酸碱、绝缘、低密度等优良性能被广泛应用于军工、航空航天、汽车及特种服装等领域。而以对位芳纶为原料，通过DMSO/KOH体系制备得到的纳米芳纶纤维一方面继承了对位芳纶的众多优良性能，另一方面获得了超高的比表面积和长径比，可以作为基材复合其他纳米材料来制备功能化纳米复合材料，另一方面也可以作为增强相用于增强其他材料。并且，由于自身苯环和酰胺基的结合作用，纳米芳纶膜对于200-400nm波长的紫外光有很强的吸收性，对于波长大于500nm的可见光具有较高的透过率。然而，由于芳纶本身的化学惰性，表面缺少活性官能团，和其他材料界面结合力较弱。尽管存在π-π堆积及羰基和亚氨基之间的氢键作用，纳米芳纶膜内部结合力仍然较弱，其强度性能仍有很大的提升空间。

纳米纤维素是通过化学、物理、生物等方法从富含纤维素的原料中提取获得的可再生、生物可降解、低毒性的纳米材料。纳米纤维素拥有高强度、低密度、高比表面积等特点，同时由于其表面大量的羟基，拥有良好的化学可塑性，已被广泛应用于食品、造纸、医疗、石油、精细化工及电子器件等领域中。同时，在很多应用中，纳米纤维素作为增强材料用以提高其他材料的物理性能。然而纳米纤维素相比于纳米芳纶强度较低，从强度增强角度来看，纳米纤维素的填充会使得纳米芳纶膜强度下降。而且普通纳米纤维素自身缺少较强的电荷斥力，在DMSO中容易发生聚集，难以在纳米芳纶中获得良好的分散。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种高强度纳米纤维素-纳米芳纶复合膜的制备方法。

本发明提供了一种高强度纳米纤维素-纳米芳纶复合膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将对位芳纶短切纤维分散于二甲基亚砜(DMSO)中，并加入KOH，搅拌一段时间后获得纳米芳纶分散体；

(2)通过TEMPO氧化法制备纳米纤维素；

(3)按照纳米纤维素在最终复合膜中占比，取步骤(2)制得的纳米纤维素分散于二甲基亚砜中，随后将其与步骤(1)制得的纳米芳纶分散体混合；然后往混合溶液中加入去离子水使纳米芳纶质子化，并通过高速剪切处理，分散纳米芳纶絮聚体，获得混合溶液；

(4)将步骤(3)获得的混合溶液超声处理，然后通过真空抽滤获得纳米纤维素/纳米芳纶复合水凝胶；往滤器中加入稀盐酸溶液，抽滤洗涤复合水凝胶，以去除其中残余的DMSO和KOH，同时使纳米纤维素表面羧基从羧酸钠转化为羧酸形式；

(5)将纳米纤维素/纳米芳纶复合水凝胶通过热压，最终获得纳米纤维素-纳米芳纶复合膜。

优选的，步骤(1)所述的纳米芳纶分散体浓度为2mg/L，搅拌时间为7天。

优选的，步骤(1)中，对位芳纶短切纤维为1质量份，二甲基亚砜为500体积份，KOH为1.5质量份。