CN113417167B - 一种金属高分子改性纳米纤维素构筑雾度纳米纸的方法 - Google Patents

一种金属高分子改性纳米纤维素构筑雾度纳米纸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属高分子改性纳米纤维素构筑雾度纳米纸的方法,具体包括如下过程:步骤1,制备双亲‑温敏性金属高分子;步骤2,根据步骤1所得产物制备金属高分子‑纳米纤维素高雾度纸;步骤3,将步骤2所得产物溶于溶剂中溶胀调节雾度值,即得。采用本发明改性后的纳米纸可通过成膜过程种温度调节和溶剂溶胀实现雾度性能调控。

Description

一种金属高分子改性纳米纤维素构筑雾度纳米纸的方法
技术领域
本发明属于生物质基光功能材料技术领域,涉及一种金属高分子改性纳米纤维素构筑雾度纳米纸的方法。
背景技术
纳米纤维素因其独特的光物理性质,广泛应用于生物医药、材料、荧光传感、光电器件等领域;由其制备的纳米纸具有透明、雾度、柔韧和机械强度等性能优异性能,是一种引人注目的光学材料。纳米纸的雾度特性在众多领域种应用前景巨大,例如在太阳能电池、锂电池隔膜、OLED衬底、超级电容器。近年来,人们通过了多种方法实现纳米纸雾度调节,如纳米纸表面通过共价键改性引入PVA、PEG等高分子链。一方面、可以提高材料的雾度特性,还可以提高材料的力学性能。然而此类方法,制备工艺极其复杂,且高分子链的引入,严重破环了纳米纤维素自身光学特点。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属高分子改性纳米纤维素构筑雾度纳米纸的方法,采用该方法改性后的纳米纸可通过成膜过程种温度调节和溶剂溶胀实现雾度性能调控。
本发明所采用的技术方案是,一种金属高分子改性纳米纤维素构筑雾度纳米纸的方法,具体包括如下过程:
步骤1,制备双亲-温敏性金属高分子;
步骤2,根据步骤1所得产物制备金属高分子-纳米纤维素高雾度纸;
步骤3,将步骤2所得产物溶于溶剂中溶胀调节雾度值,即得。
本发明的特点还在于:
步骤1的具体过程为:
取5-15mg 4-苯乙基三联吡啶Zn配合物和8-12mg偶氮二异丁腈放入25mL圆底烧瓶中,冲入氮气20-40min,然后加入1-4mL DMF和1mL的单体,在80摄氏度下反应24小时,反应结束后,加入丙酮溶液淬灭反应,收集固体粉末产物,即为双亲-温敏性金属高分子。
步骤1的单体为二乙二醇乙醚丙烯酸酯。
步骤2的具体过程为:
取步骤1所得的40-60mg双亲-温敏性金属高分子溶解在去离子水中,后加入到3-6mL氧化纳米纤维素水溶液中,搅拌均匀后,在0摄氏度或50摄氏度条件下搅拌过夜,真空抽滤10小时,即得金属高分子-纳米纤维素高雾度纸。
步骤2中,在0摄氏度或50摄氏度条件下至少搅拌12小时。
步骤3的具体过程为:
将步骤2所得的金属高分子-纳米纤维素高雾度纸溶解在溶剂中,溶胀10~20min,取出样品在空气中干燥过夜。
步骤3中,溶剂为水、乙醇、丙酮中的一种。
步骤3中,样品在空气中干燥过夜的时间至少为12小时。
本发明的有益效果是,本发明一种金属高分子改性纳米纤维素构筑雾度纳米纸的方法,采用水溶性金属高分子配位自组装改性纳米纤维素,后经过减压抽滤成膜,该纳米纸可通过成膜过程种温度调节和溶剂溶胀实现雾度性能调控。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种金属高分子改性纳米纤维素构筑雾度纳米纸的方法,具体包括过程:
步骤1,双亲-温敏性金属高分子制备;
取5-15mg 4-苯乙基三联吡啶(Zn)配合物和8-12mg偶氮二异丁腈放入25mL圆底烧瓶中,冲入氮气20-40min,然后加入1-4mL DMF(N,N-二甲基甲酰胺)和1mL的单体(二乙二醇乙醚丙烯酸酯)。在80摄氏度下反应24小时,反应结束后,加入丙酮溶液淬灭反应,收集固体粉末产物。
步骤2,金属高分子-纳米纤维素高雾度纸(I)的制备;
双亲-温敏性金属高分子40-60mg溶解在去离子水中,后加入到3-6mL氧化纳米纤维素水溶液中,搅拌均匀后,在0摄氏度条件下搅拌过夜(12小时),进一步真空抽滤10小时,制备得到雾度纳米纸(I)。
步骤3,金属高分子-纳米纤维素低雾度纸(II)的制备;
双亲-温敏性金属高分子40-60mg溶解在去离子水中,后加入到3-6mL氧化纳米纤维素水溶液中,搅拌均匀后,在50摄氏度条件下中搅拌过夜(12小时)。进一步真空抽滤10小时,制备得到雾度纳米纸(II)。
步骤4,雾度纸(I)或(II)的溶剂溶胀调节雾度值;
本发明考虑毒性、绿色环保和成本的要求,溶剂溶胀所使用的溶剂由水、乙醇、丙酮三种溶剂。取2x2cm的雾度纳米纸(I)或(II)分别加入到10mL的水、乙醇、丙酮溶剂中,溶胀10-20min,取出样品空气中干燥过夜(12小时)。
实施例1
一种金属高分子改性纳米纤维素构筑雾度纳米纸的方法,具体包括过程:
步骤1,双亲-温敏性金属高分子制备;
取5mg 4-苯乙基三联吡啶(Zn)配合物和8mg偶氮二异丁腈放入25mL圆底烧瓶中,冲入氮气20min,然后加入1mL DMF(N,N-二甲基甲酰胺)和1mL的单体(二乙二醇乙醚丙烯酸酯)。在80摄氏度下反应24小时,反应结束后,加入丙酮溶液淬灭反应,收集固体粉末产物。
步骤2,金属高分子-纳米纤维素高雾度纸(I)的制备;
将40mg双亲-温敏性金属高分子溶解在去离子水中,后加入到3mL氧化纳米纤维素水溶液中,搅拌均匀后,在0摄氏度条件下中搅拌12小时,进一步真空抽滤10小时,制备得到雾度纳米纸(I)。
步骤4,采用雾度纸(I)的溶剂溶胀调节雾度值;
取2x2cm的雾度纳米纸(I)分别加入到10mL的水溶剂中,溶胀10min,取出样品空气中干燥12小时。
实施例2
一种金属高分子改性纳米纤维素构筑雾度纳米纸的方法,具体包括过程:
步骤1,双亲-温敏性金属高分子制备;
取10mg 4-苯乙基三联吡啶(Zn)配合物和10mg偶氮二异丁腈放入25mL圆底烧瓶中,冲入氮气30min,然后加入2mL DMF(N,N-二甲基甲酰胺)和1mL的单体(二乙二醇乙醚丙烯酸酯)。在80摄氏度下反应24小时,反应结束后,加入丙酮溶液淬灭反应,收集固体粉末产物。
步骤2,金属高分子-纳米纤维素高雾度纸(II)的制备;
将50mg双亲-温敏性金属高分子溶解在去离子水中,后加入到4mL氧化纳米纤维素水溶液中,搅拌均匀后,在50摄氏度条件下搅拌12小时,进一步真空抽滤10小时,制备得到雾度纳米纸(II)。
步骤4,采用雾度纸(II)的溶剂溶胀调节雾度值;
取2x2cm的雾度纳米纸(II)分别加入到10mL的乙醇溶剂中,溶胀15min,取出样品空气中干燥12小时。
实施例3
一种金属高分子改性纳米纤维素构筑雾度纳米纸的方法,具体包括过程:
步骤1,双亲-温敏性金属高分子制备;
取15mg 4-苯乙基三联吡啶(Zn)配合物和12mg偶氮二异丁腈放入25mL圆底烧瓶中,冲入氮气40min,然后加入4mL DMF(N,N-二甲基甲酰胺)和1mL的单体(二乙二醇乙醚丙烯酸酯)。在80摄氏度下反应24小时,反应结束后,加入丙酮溶液淬灭反应,收集固体粉末产物。
步骤2,金属高分子-纳米纤维素高雾度纸(I)的制备;
将60mg双亲-温敏性金属高分子溶解在去离子水中,后加入到6mL氧化纳米纤维素水溶液中,搅拌均匀后,在0摄氏度条件下搅拌12小时,进一步真空抽滤10小时,制备得到雾度纳米纸(I)。
步骤4,采用雾度纸(I)的溶剂溶胀调节雾度值;
取2x2cm的雾度纳米纸(I)分别加入到10mL的丙酮溶剂中,溶胀20min,取出样品空气中干燥12小时。
本发明中的金属高分子是由4-苯乙基三联吡啶(Zn)配合物和二乙二醇乙醚丙烯酸酯共聚而来,金属高分子通过配位自组装改性到纳米纤维素表面上。由于氧化纳米纤维素表面羧基的离子配位能力高于氯离子,因此金属高分子中Cl-1易被氧化纳米纤维素表面的羧基所取代,元素分析结果表明配位自组装后体系中Cl元素含量降低,证实了这一观点,反应分子式如下所示:
Figure BDA0003127296170000071
上述反应过程最终所得产物即为改性后的纳米纤维素构筑雾度纳米纸分子式结构。
由于二乙二醇乙醚丙烯酸酯为双亲性单体,由其制备的高分子对温度较为敏感。实验表明纯聚二乙二醇乙醚丙烯酸酯的浊点在35摄氏度附近,将三联吡啶(Zn)引入到聚二乙二醇乙醚丙烯酸酯骨架中制备的金属高分子,很好的利用了聚二乙二醇乙醚丙烯酸酯骨架的温敏特性。因此在0摄氏度下,低于浊点(35℃),金属高分子易分散开,所制备的纳米纸雾度值较低,为32%;相反在50摄氏度下,高于浊点(35℃)金属高分子易聚集,所制备的纳米纸雾度较高,为58%。受溶剂极性的影响,通过水、乙醇、丙酮等溶剂溶胀处理后,纳米纸(I)和(II)的雾度值都有所提高,其雾度纸提高顺序都为水<乙醇<丙酮,这一溶剂溶胀特性得益于雾度纳米纸中引入双亲性高分子,如下表1为温度和溶剂溶胀调节纳米纸雾度特性结果。
表1
雾度值 乙醇 丙酮
纳米纸(I) 32 35 63 72
纳米纸(2) 58 60 68 76

Claims (5)

1.一种金属高分子改性纳米纤维素构筑雾度纳米纸的方法,其特征在于:具体包括如下过程:
步骤1,制备双亲-温敏性金属高分子;
所述步骤1的具体过程为:
取5-15 mg 4-苯乙基三联吡啶Zn配合物和8-12 mg 偶氮二异丁腈放入25 mL圆底烧瓶中,冲入氮气20-40min,然后加入1-4 mL DMF和1 mL的单体,在80摄氏度下反应24小时,反应结束后,加入丙酮溶液淬灭反应,收集固体粉末产物,即为双亲-温敏性金属高分子;
所述步骤1的单体为二乙二醇乙醚丙烯酸酯;
步骤2,根据步骤1所得产物制备金属高分子-纳米纤维素高雾度纸;
所述步骤2的具体过程为:
取步骤1所得的40-60mg双亲-温敏性金属高分子溶解在去离子水中,后加入到3-6mL氧化纳米纤维素水溶液中,搅拌均匀后,在0摄氏度或50摄氏度条件下搅拌过夜,真空抽滤10小时,即得金属高分子-纳米纤维素高雾度纸;
步骤3,将步骤2所得产物溶于溶剂中溶胀调节雾度值,即得。
2.根据权利要求1所述的一种金属高分子改性纳米纤维素构筑雾度纳米纸的方法,其特征在于:所述步骤2中,在0摄氏度或50摄氏度条件下至少搅拌12小时。
3.根据权利要求1所述的一种金属高分子改性纳米纤维素构筑雾度纳米纸的方法,其特征在于:所述步骤3的具体过程为:
将步骤2所得的金属高分子-纳米纤维素高雾度纸溶解在溶剂中,溶胀10~20min,取出样品在空气中干燥过夜。
4.根据权利要求3所述的一种金属高分子改性纳米纤维素构筑雾度纳米纸的方法,其特征在于:所述步骤3中,溶剂为水、乙醇、丙酮中的一种。
5.根据权利要求4所述的一种金属高分子改性纳米纤维素构筑雾度纳米纸的方法,其特征在于:所述步骤3中,样品在空气中干燥过夜的时间至少为12小时。
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