[发明专利]纤维素纳米晶须有机无机耐热杂化材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种纤维素纳米晶须有机无机耐热杂化材料的制备方法。首先采用交联剂对纤维素纳米晶须表面进行处理，形成环氧化纤维素纳米晶须，再将环氧化纤维素纳米晶须与耐热性优良的多面体齐聚倍半硅氧烷（POSS）反应，制备得纤维素纳米晶须有机无机耐热杂化材料。本发明方法适用于各种天然植物制备的纤维素类粒子（包括纤维素微晶、纤维素微纤、纤维素纳米纤维等）的有机无机耐热杂化材料的制备，且本发明方法中使用的POSS纳米粒子具有很好的分散性，所带-NH2与环氧基团具有很好的反应活性，有利于POSS接枝纤维素纳米晶须的反应，所得的杂化材料的热性能提高明显，解决了目前纤维素纳米晶须作为增强材料时的耐热性不佳的问题。

主权项

一种纤维素纳米晶须有机无机耐热杂化材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：(1)将纤维素纳米晶须加入到浓度为1摩尔/升的NaOH溶液中，纤维素纳米晶须和浓度为1摩尔/升的NaOH溶液的固液比为1克:335~345毫升，使用间隙超声分散30~60分钟，超声强度为400瓦，时间间隔为6分钟；(2)将经步骤(1)分散后的溶液移入三口反应容器中，磁力搅拌并升温至58~62℃，30~60分钟后缓慢加入环氧氯丙烷，纤维素纳米晶须和环氧氯丙烷的固液比为1克:5~8毫升，保温反应2小时后用水稀释2~3倍，用透析袋透析除去溶液中的碱和未反应的环氧氯丙烷，最后冷冻干燥即制得环氧化纤维素纳米晶须；(3)将步骤(2)制得的环氧化纤维素纳米晶须分散到蒸馏水中，环氧化纤维素纳米晶须和蒸馏水的固液比为1克:995~1005毫升，制得环氧化纤维素纳米晶须分散液；(4)称取POSS‑NH2即八氨丙基齐聚倍半硅氧烷，其质量为步骤(2)制得的环氧化纤维素纳米晶须的质量的9.5~10.5%，加入至100倍质量的蒸馏水中，磁力搅拌溶解并升温度至65~75℃，制得POSS‑NH2溶液；(5)将步骤(4)制得的POSS‑NH2溶液缓慢滴加到步骤(3)制得的环氧化纤维素纳米晶须分散液中，在65~75℃保温3小时，将反应液冷冻干燥，再将干燥后的产物用无水甲醇分散离心洗涤，超声分散20~60分钟，溶解未反应的POSS‑NH2即八氨丙基齐聚倍半硅氧烷，然后离心分离，重复上述分散离心洗涤过程3~4次，将经分散离心洗涤后的产物用去离子水分散，经分散离心洗涤后的产物和去离子水的固液比为1克:98~102毫升，使用间隙超声分散30~60分钟，超声强度为400瓦，时间间隔为6分钟，再离心去除下层沉淀，取上层浊液冷冻干燥即制得纤维素纳米晶须有机无机耐热杂化材料；所述纤维素纳米晶须是从木材、竹、纸浆、棉花或剑麻中提取水解制得的纤维素纳米晶须，其直径为3~5纳米，长度为10~100纳米，为针状结构的纳米纤维材料；所述八氨丙基齐聚倍半硅氧烷是以Si‑O‑Si形成的八面体为核而八个顶角为有机官能团的有机无机杂化小分子，分子本身的大小为2~4纳米；所述化学试剂及原料的纯度均为分析纯及以上纯度。