CN110862633A - 一种制备凝胶薄膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了化学领域内的一种制备凝胶薄膜的方法，包括以下步骤，（1）将一定量的PVA水溶液和纳米纤维素悬浮液混合，在80℃下连续搅拌3h，然后超声辅助分散2min；（2）将混合液浇铸到聚四氟乙烯平板上并控制流平，在真空干燥器中脱气，在25℃和相对湿度为30%的环境下蒸发直到形成薄膜；（3）将薄膜在80℃的烘箱中热处理12 h，将薄膜在室温下冷却后放置于干燥器中备用；（4）薄膜中纳米纤维素添加量不同，分别为2，6和10wt%；（5）以AH，TMO和US制备得到的纳米纤维素为填料，与PVA复合而成的凝胶膜；本发明反应时间短，效率高。

Description

一种制备凝胶薄膜的方法
技术领域
本发明属于化学领域，特别涉及一种制备凝胶薄膜的方法。
背景技术
氧化纤维素是一种储量丰富的可再生，可生物降解的绿色资源。目前纤维素的各种衍生物已被广泛地应用在造纸、食品、医药卫生、化妆品和石油工业等领域。水凝胶作为一种具有交联的三维网络结构的生物材料，在溶剂中只溶胀而不溶解，可以应用在药物释放载体，伤口敷裹以及农林育种等诸多领域，而以天然高分子材料制备功能性水凝胶具有重要的环保意义和经济意义。
化锂/N，N'-二甲基乙酰胺（LiCl/DMAC）是目前公认的非常有效、对纤维降解较少且环保的绿色溶剂，其主要的缺陷在于较高的反应温度（110℃）和较长的反应时间（4~5h）。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，提供一种制备凝胶薄膜的方法，本发明的反应时间短，效率高。
本发明的目的是这样实现的：一种制备凝胶薄膜的方法，包括以下步骤：
（1）将一定量的 PVA 水溶液（10wt%）和纳米纤维素悬浮液（2 wt%，相对于 PVA 质量）混合，在 80℃下连续搅拌 3 h，然后超声辅助分散 2 min（KBS-1200，600 W）；
（2）将混合液浇铸到聚四氟乙烯（PTFE）平板上并控制流平，在真空干燥器中脱气，然后在25℃和相对湿度为 30%的环境下蒸发直到形成薄膜；
（3）随后将薄膜在 80℃的烘箱中热处理 12 h，将薄膜在室温下冷却后放置于干燥器中备用；
（4）薄膜中纳米纤维素添加量不同，分别为 2，6 和 10 wt%。薄膜的厚度被控制为约150 μm；
（5）以浓酸水解、TTEMPO 为介质的氧化反应和超声波机械处理制备得到的纳米纤维素为填料，与 PVA 复合而成的凝胶膜，分别简写为 AH/PVA，TMO/PVA 和US/PVA。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（5）中，浓缩水解具体包括以下步骤：将5.0 g纤维素粉末与45 mL 64 wt%的硫酸混合，将混合物持续机械搅拌（500 rpm），在 45℃条件下水解 120 min；向反应混合物中加入 500mL 的去离子水终止水解反应；将纤维素浆用去离子水多次离心洗涤（5000 rpm，20 min），除去上清液，更换新的去离子水继续混合离心分离，直至上层清液的 pH 值变成 1；用去离子进行透析洗涤，洗去纤维素浆里面的 H+离子，直至洗涤后水的 pH 保持为7；将得到的纳米纤维素悬浮液贮存于 4℃环境下，用作进一步分析。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（5）中，TEMPO 为介质的氧化反应（TMO）具体包括以下步骤：将 5.0 g纤维素粉末悬浮在 500 mL 的溶解有 TEMPO（0.080 g，0.5 mmol）和 NaBr（0.5 g，5 mmol）的去离子中；在室温下连续机械搅拌（500 rpm），缓慢滴加 NaClO溶液（6 %，25.0 mmol），氧化反应自此开始；整个反应过程通过添加 0.5 mol/L 的 NaOH将体系的 pH 保持在 10 左右（用 pH 计检测），直到不用消耗 NaOH 为止；得到氧化纤维素浆后，使用超声波细胞粉碎机超声处理 20 min（KBS-1200，1200W）；将该悬浮物用去离子多次离心洗涤（5000 rpm，20 min），并在离心速率为 12000 rpm 条件下分离出大颗粒；进一步用去离子透析洗涤，直到洗涤水的 pH 值达到 7；将所得的纳米纤维素悬浮液贮存于 4℃环境中，用作进一步分析。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（5）中，超声波机械处理具体包括以下步骤：5.0 g纤维素粉末分散在 500 mL 去离子中并连续搅拌一整天，然后超声均质处理60 min（KBS-1200，输出功率为 1200 W，配备了一个 20 mm 超声探头）；将置有纤维素悬浮液的烧杯放入冰水浴中，控制温度不高于 50℃；机械处理结束后，将上清液倾斜倒出，收集得到纳米纤维素，得到的纳米悬浮液pH 为7，将悬浮液保存在4 ℃环境中，用作进一步分析。
具体实施方式
一种制备凝胶薄膜的方法，包括以下步骤：
（1）将一定量的 PVA 水溶液（10wt%）和纳米纤维素悬浮液（2 wt%，相对于 PVA 质量）混合，在 80℃下连续搅拌 3 h，然后超声辅助分散 2 min（KBS-1200，600 W）；
（2）将混合液浇铸到聚四氟乙烯（PTFE）平板上并控制流平，在真空干燥器中脱气，然后在25℃和相对湿度为 30%的环境下蒸发直到形成薄膜；
（3）随后将薄膜在 80℃的烘箱中热处理 12 h，将薄膜在室温下冷却后放置于干燥器中备用；
（4）薄膜中纳米纤维素添加量不同，分别为 2，6 和 10 wt%。薄膜的厚度被控制为约150 μm；
（5）以浓酸水解、TTEMPO 为介质的氧化反应和超声波机械处理制备得到的纳米纤维素为填料，与 PVA 复合而成的凝胶膜，分别简写为 AH/PVA，TMO/PVA 和US/PVA。
步骤（5）中，浓缩水解具体包括以下步骤：将5.0 g纤维素粉末与45 mL 64 wt%的硫酸混合，将混合物持续机械搅拌（500 rpm），在 45℃条件下水解 120 min；向反应混合物中加入 500mL 的去离子水终止水解反应；将纤维素浆用去离子水多次离心洗涤（5000rpm，20 min），除去上清液，更换新的去离子水继续混合离心分离，直至上层清液的 pH 值变成 1；用去离子进行透析洗涤，洗去纤维素浆里面的 H+离子，直至洗涤后水的 pH 保持为7；将得到的纳米纤维素悬浮液贮存于 4℃环境下，用作进一步分析。
步骤（5）中，TEMPO 为介质的氧化反应（TMO）具体包括以下步骤：将 5.0 g纤维素粉末悬浮在 500 mL 的溶解有 TEMPO（0.080 g，0.5 mmol）和 NaBr（0.5 g，5 mmol）的去离子中；在室温下连续机械搅拌（500 rpm），缓慢滴加 NaClO 溶液（6 %，25.0 mmol），氧化反应自此开始；整个反应过程通过添加 0.5 mol/L 的 NaOH将体系的 pH 保持在 10 左右（用 pH 计检测），直到不用消耗 NaOH 为止；得到氧化纤维素浆后，使用超声波细胞粉碎机超声处理 20 min（KBS-1200，1200W）；将该悬浮物用去离子多次离心洗涤（5000 rpm，20min），并在离心速率为 12000 rpm 条件下分离出大颗粒；进一步用去离子透析洗涤，直到洗涤水的 pH 值达到 7；将所得的纳米纤维素悬浮液贮存于 4℃环境中，用作进一步分析。
步骤（5）中，超声波机械处理具体包括以下步骤：5.0 g纤维素粉末分散在 500 mL去离子中并连续搅拌一整天，然后超声均质处理60 min（KBS-1200，输出功率为 1200 W，配备了一个 20 mm 超声探头）；将置有纤维素悬浮液的烧杯放入冰水浴中，控制温度不高于50℃；机械处理结束后，将上清液倾斜倒出，收集得到纳米纤维素，得到的纳米悬浮液pH 为7，将悬浮液保存在4 ℃环境中，用作进一步分析。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明保护范围内。

Claims (4)

1.一种制备凝胶薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤,
（1）将一定量的 PVA 水溶液（10wt%）和纳米纤维素悬浮液（2 wt%，相对于 PVA 质量）混合，在 80℃下连续搅拌 3 h，然后超声辅助分散 2 min（KBS-1200，600 W）；
（2）将混合液浇铸到聚四氟乙烯（PTFE）平板上并控制流平，在真空干燥器中脱气，然后在25℃和相对湿度为 30%的环境下蒸发直到形成薄膜；
（3）随后将薄膜在 80℃的烘箱中热处理 12 h，将薄膜在室温下冷却后放置于干燥器中备用；
（4）薄膜中纳米纤维素添加量不同，分别为 2，6 和 10 wt%；薄膜的厚度被控制为约150 μm；
（5）以浓酸水解、TTEMPO 为介质的氧化反应和超声波机械处理制备得到的纳米纤维素为填料，与 PVA 复合而成的凝胶膜，分别简写为 AH/PVA，TMO/PVA 和US/PVA。
2.根据权利要求1所述的一种制备凝胶薄膜的方法，其特征在于，所述步骤（5）中，浓缩水解具体包括以下步骤：将5.0 g纤维素粉末与45 mL 64 wt%的硫酸混合，将混合物持续机械搅拌（500 rpm），在 45℃条件下水解 120 min；向反应混合物中加入 500mL 的去离子水终止水解反应；将纤维素浆用去离子水多次离心洗涤（5000 rpm，20 min），除去上清液，更换新的去离子水继续混合离心分离，直至上层清液的 pH 值变成 1；用去离子进行透析洗涤，洗去纤维素浆里面的 H+离子，直至洗涤后水的 pH 保持为7；将得到的纳米纤维素悬浮液贮存于 4℃环境下，用作进一步分析。
3.根据权利要求1或2所述的一种制备凝胶薄膜的方法，其特征在于，所述步骤（5）中，TEMPO 为介质的氧化反应（TMO）具体包括以下步骤：将 5.0 g纤维素粉末悬浮在 500 mL的溶解有 TEMPO（0.080 g，0.5 mmol）和 NaBr（0.5 g，5 mmol）的去离子中；在室温下连续机械搅拌（500 rpm），缓慢滴加 NaClO 溶液（6 %，25.0 mmol），氧化反应自此开始；整个反应过程通过添加 0.5 mol/L 的 NaOH将体系的 pH 保持在 10 左右（用 pH 计检测），直到不用消耗 NaOH 为止；得到氧化纤维素浆后，使用超声波细胞粉碎机超声处理 20 min（KBS-1200，1200W）；将该悬浮物用去离子多次离心洗涤（5000 rpm，20 min），并在离心速率为 12000 rpm 条件下分离出大颗粒；进一步用去离子透析洗涤，直到洗涤水的 pH 值达到7；将所得的纳米纤维素悬浮液贮存于 4℃环境中，用作进一步分析。
4.根据权利要求2或3所述的一种制备凝胶薄膜的方法，其特征在于，所述步骤（5）中，超声波机械处理具体包括以下步骤：5.0 g纤维素粉末分散在 500 mL 去离子中并连续搅拌一整天，然后超声均质处理60 min（KBS-1200，输出功率为 1200 W，配备了一个 20 mm超声探头）；将置有纤维素悬浮液的烧杯放入冰水浴中，控制温度不高于 50℃；机械处理结束后，将上清液倾斜倒出，收集得到纳米纤维素，得到的纳米悬浮液pH 为7，将悬浮液保存在4 ℃环境中，用作进一步分析。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112210225A (zh) * 2020-10-26 2021-01-12 内蒙古农业大学 一种纳米纤维素基隔氧复合薄膜的制备方法
CN112233914A (zh) * 2020-10-15 2021-01-15 哈尔滨工业大学 一种微化纤维素/MXene复合薄膜的制备方法及应用

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