[发明专利]一种具有取向结构的纤维素纳米晶复合凝胶制备方法及其产品和应用

说明书

本发明公开了一种具有取向结构的纤维素纳米晶复合凝胶制备方法及其产品和应用，通过拉伸的方法得到取向结构的PVA/CNC复合凝胶，合成路线非常简单。这种取向结构能够使凝胶在正交偏振片之间产生双折射现象，在凝胶形状或CNC取向度改变的情况下，偏光颜色会发生改变。这种性质赋予了PVA/CNC复合凝胶凝胶作为刺激响应材料的潜力，如响应压力和离子浓度。同时，通过掩膜对PVA/CNC复合凝胶进行局部溶液处理，得到的图案仅仅在正交偏光下观测到，使凝胶具有防伪功能。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种具有取向结构的纤维素纳米晶复合凝胶制备方法及其产品和应用。

背景技术

为应对能源危机，确保可持续发展，生物基材料的开发因其固有的可再生、无毒、生物相容性和生物降解性而更具各种应用的吸引力。纤维素纳米晶体(CNC)是一种一维多糖纳米晶体，因其高硬度、高纵横比和广泛存在于植物、动物(被囊类)和藻类中而受到广泛关注。除了作为复合材料的增强成分外，CNC还具有许多优异的化学和物理性能，使其在生物医学、传感器和电子领域具有潜在的应用价值。

此外，研究人员通还过机械剪切、磁场、电场等使CNC取向形成向列结构，不仅使其复合材料在力学上显示出各项异性，而且在交叉偏振模式下具有明显的双折射行为，赋予了CNC复合材料在光学性质，拓展了其应用领域。为了长期保持CNC在水凝胶中的取向结构，通常采用将前驱体光聚合或将水凝胶干燥的方法。然而，如何在高含水量的水凝胶中快速固定取向的CNC仍然具有挑战性。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

作为本发明其中一个方面，本发明提供一种具有取向结构的纤维素纳米晶复合凝胶制备方法，其由以下步骤组成，

将微晶纤维素加入到浓硫酸中水解，制成具有乳白色外观的纤维素纳米晶体悬浮液，将聚乙烯醇溶解在所述纤维素纳米晶体悬浮液中，室温下将纤维素纳米晶体悬浮液倒入模具中，并置于低温下冷冻后取出解冻，制得聚乙烯醇/纤维素纳米晶体冻融凝胶；将聚乙烯醇/纤维素纳米晶体冻融凝胶预拉伸，并浸泡在硫酸钠溶液中，用去离子水冲洗并浸泡在氯化钙溶液中，最后，将得到的凝胶浸泡在去离子水中得到具有取向结构的聚乙烯醇/纤维素纳米晶体复合凝胶。

作为本发明所述的具有取向结构的纤维素纳米晶复合凝胶制备方法的一种优选方案：所述将聚乙烯醇溶解在纤维素纳米晶体悬浮液中，其中，聚乙烯醇的浓度为8～15wt％。

作为本发明所述的具有取向结构的纤维素纳米晶复合凝胶制备方法的一种优选方案：所述制成具有乳白色外观的纤维素纳米晶体悬浮液，其中，纤维素纳米晶体的浓度为1.5～2wt％。

作为本发明所述的具有取向结构的纤维素纳米晶复合凝胶制备方法的一种优选方案：所述将聚乙烯醇/纤维素纳米晶体冻融凝胶预拉伸，其中，聚乙烯醇/纤维素纳米晶体冻融凝胶的拉伸伸长率为200％。

作为本发明所述的具有取向结构的纤维素纳米晶复合凝胶制备方法的一种优选方案：所述并浸泡在硫酸钠溶液中，其中硫酸钠溶液浓度为20～25wt％，浸泡时间为10～30min。

作为本发明所述的具有取向结构的纤维素纳米晶复合凝胶制备方法的一种优选方案：所述用去离子水冲洗并浸泡在氯化钙溶液中，其中，氯化钙溶液浓度为30～35wt％。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供所述的具有取向结构的纤维素纳米晶复合凝胶在防伪材料中的应用。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供所述的具有取向结构的纤维素纳米晶复合凝胶作为压力传感器和/或离子传感器的应用。