[发明专利]一种甲壳素纳米晶悬浮液及具有液晶性的甲壳素纳米晶胶体和液晶膜

说明书

技术领域

    本发明涉及一种甲壳素纳米晶悬浮液及采用其制备的胆甾相液晶。

背景技术

    甲壳素为自然界含量第二高的天然高分子，资源丰富，利用其作为环境友好材料，符合当前的可持续发展的需求。胆甾相液晶 (cholesteric liquid crystal, CLC) 是能够产生色彩信息显示的一类特殊结构颜色材料。它具有螺旋结构，其分子分层排列，层与层平行；而且每一层中分子彼此倾向于沿某一方向平行排列呈向列相，沿垂直于分子层的方向，各向列相螺旋360^o后又回到当初的取向。这个周期性的层间距为胆甾型液晶的螺距的一半（P/2）。由于CLC的螺旋结构，会使线偏振光在穿过液晶层后，普通波长的光则透射过液晶相，特定波长的光则产生反射；并且出射光产生旋光性。

关于甲壳素纳米晶CLC的研究也有很多报道，董炎明教授（CA101440162A）以一种离子液体为溶剂溶解甲壳素，具有光学各向异性，可作为纺丝原液应用于制备液晶纺丝或液晶薄膜的甲壳素溶致液晶的制备方法。这种溶致液晶在偏光显微镜下能观察到平面性液晶织构，局部区域观察到的指纹状织构。

但是甲壳素液晶性这方面的研究现在还不成熟，深入的基础研究还很少，已经报道的关于甲壳素液晶织构图中其条纹结构不明显，没有胆甾相典型的手性指纹结构。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能够制备具有典型指纹状织构甲壳素纳米晶CLC的甲壳素纳米晶悬浮液。

为了达到上述目的，本发明提供了一种甲壳素纳米晶悬浮液，该甲壳素纳米晶悬浮液以去离子水为溶剂，分散在其中的甲壳素纳米晶为长宽比1-50的棒状纳米颗粒；所述甲壳素纳米晶长为50-500nm，宽为10-200nm；所述甲壳素纳米晶的浓度为0.1-15%。

其中甲壳素纳米晶的浓度优选为0.3-10%。

本发明还提供了上述甲壳素纳米晶悬浮液的制备方法，包括以下步骤制备：

（1）机械破碎：取甲壳素原料加入去离子水，机械研磨，制备甲壳素浆料后，去除溶剂，得到小颗粒甲壳素；

（2）化学水解：取步骤（1）中制备的小颗粒甲壳素，加入水解剂进行水解反应；水解完成后将水解溶液进行透析，至溶液pH值为4-10；透析后进行超声处理或均质化处理，即得所述甲壳素纳米晶悬浮液；所述水解剂为双氧水、硫酸、磷酸、硝酸或高氯酸。

其中步骤（1）中机械研磨前将甲壳素原料于去离子水中浸泡1-36小时后，采用齿轮间距为0.5-20μm的湿磨机研磨1-20次，每次1-10分钟，制备得到的研磨液在100-300MPa下以60-250ml/min的速率通过微射流高压均质化器1-20次，即得所述甲壳素浆料；所述甲壳素浆料中甲壳素的浓度为0.2-15%；所述步骤（2）中超声处理为冰浴条件下超声1-12次，每次1-10分钟；所述均质化处理为在100-300MPa下以60-250ml/min的速率通过微射流高压均质化器1-20次；所述步骤（2）中的水解剂的重量百分浓度为20-80%，加入量为每克甲壳素加入50-200ml；所述水解反应温度为10-90℃，反应时间为1-72小时；所述透析采用透析分子量为8000-14000的透析袋，透析时间为10-96小时。

水解剂优选20-30%的双氧水，加入量为每克甲壳素加入150-200ml。

步骤（2）中水解溶液透析前先将所述水解溶液稀释1-12倍。

本发明还提供了上述甲壳素纳米晶悬浮液的另一种制备方法，包括以下步骤制备：取甲壳素原料加入去离子水，浸泡4-40小时后，离心，取沉淀加入水解剂，进行水解反应；水解完成后将水解溶液进行透析，至溶液pH值为4-10；透析后进行超声处理或均质化处理，即得所述甲壳素纳米晶悬浮液；所述水解剂为双氧水、硫酸、磷酸、硝酸或高氯酸。

其中水解剂的重量百分浓度为30-90%，加入量为每克甲壳素加入100-250ml；所述水解反应温度为20-100℃，反应时间为4-76小时；所述透析采用透析分子量为8000-14000的透析袋，透析时间为10-96小时；所述超声处理为冰浴条件下超声1-12次，每次1-10分钟；所述均质化处理为在100-300MPa下以60-250ml/min的速率通过微射流高压均质化器1-20次。

本发明还提供了一种采用上述甲壳素纳米晶悬浮液制备的具有液晶性的甲壳素纳米晶胶体，该甲壳素纳米晶胶体通过以下方法制备：将甲壳素纳米晶悬浮液置于2-10℃下自组装形成。