CN117106224A - 一种柔性透明纤维素气凝胶薄膜的制备方法 - Google Patents
一种柔性透明纤维素气凝胶薄膜的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117106224A CN117106224A CN202310937011.1A CN202310937011A CN117106224A CN 117106224 A CN117106224 A CN 117106224A CN 202310937011 A CN202310937011 A CN 202310937011A CN 117106224 A CN117106224 A CN 117106224A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cellulose
- film
- ionic liquid
- preparation
- sol
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 100
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 100
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000000352 supercritical drying Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 26
- 108010025899 gelatin film Proteins 0.000 claims description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 20
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 14
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 12
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 11
- AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N N-Pentanol Chemical compound CCCCCO AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 7
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N imidazole Natural products C1=CNC=N1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 claims description 5
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 claims description 4
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 claims description 4
- 241001330002 Bambuseae Species 0.000 claims description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 claims description 4
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 claims description 4
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 claims description 4
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 4
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 3
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 2
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010902 straw Substances 0.000 claims description 2
- 239000011240 wet gel Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 3
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 239000007783 nanoporous material Substances 0.000 abstract 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 18
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 13
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 8
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 8
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- 238000002210 supercritical carbon dioxide drying Methods 0.000 description 7
- 229920000875 Dissolving pulp Polymers 0.000 description 2
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000695274 Processa Species 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- APLCYYYLLQUKQT-UHFFFAOYSA-L calcium;dithiocyanate;hydrate Chemical compound O.[Ca+2].[S-]C#N.[S-]C#N APLCYYYLLQUKQT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920005594 polymer fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000004627 regenerated cellulose Substances 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 150000003722 vitamin derivatives Chemical class 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
- C08J9/28—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by elimination of a liquid phase from a macromolecular composition or article, e.g. drying of coagulum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/18—Manufacture of films or sheets
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2205/00—Foams characterised by their properties
- C08J2205/02—Foams characterised by their properties the finished foam itself being a gel or a gel being temporarily formed when processing the foamable composition
- C08J2205/026—Aerogel, i.e. a supercritically dried gel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2301/00—Characterised by the use of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
- C08J2301/02—Cellulose; Modified cellulose
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
Abstract
本发明属于纳米多孔材料的制备工艺领域，涉及一种柔性透明纤维素气凝胶薄膜的制备方法。通过将纤维素溶解在离子液体中，经制膜工艺成膜后，用超临界干燥得到一种柔性透明纤维素气凝胶薄膜。本发明具有用料绿色低廉和工艺简单便捷的优点，同时能耗低，容易实现规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于气凝胶薄膜的制备工艺领域，涉及一种采用离子液体体系溶解纤维素，通过溶胶-凝胶法和CO2超临界干燥工艺的一种柔性透明纤维素气凝胶薄膜的制备方法。
背景技术
为了保持舒适的室内环境、提供理想的室内条件，需要在很少或没有额外的能量供应的情况下，通过热传导、对流和排放最大限度地减少室内-外部能量交换。用玻璃实现这一点尤其具有挑战性。虽然目前解决这一难题的方法是利用中空玻璃单元(insulatingglass units,IGU)与空气或填充气体，但这种IGU的高热障性能需要玻璃窗格之间的大间隙厚度，这反过来又受到气体对流、窗格数量和结构限制。另一方面，更薄的真空绝缘玻璃单元的使用受到密封完整性和高成本的限制。低发射率银和其他涂层可以限制来自室温建筑内部的类似黑体电磁发射造成的能量损失，尽管这些方法可以在一定程度上调节室内外温差，但却要牺牲可视范围的透明度。因此我们想到具有高比表面积、低密度、高透光率的气凝胶薄膜材料。
纤维素是一种天然的线性大分子且广泛存在于高等植物的细胞壁结构中，是一种最丰富的绿色生物材料，与其他来自石化资源的聚合物纤维相比，天然纤维素纤维被公认为是一种具有高长径比和比表面积的绿色可持续发展材料。由纤维素制成的气凝胶因其具备天然维生素自身的可再生性、生物可降解性、环境友好性和亲水性，在隔热、保温、吸附剂、生物医药和水净化等领域中受到越来越多的关注。纤维素气凝胶薄膜的制备过程主要分为以下四个阶段进行。首先是纤维素的溶解，然而纤维素通常很难在普通的水溶液或有机溶剂中溶解，这主要是因其具有较强的分子间或分子内氢键、高聚合度、高结晶度等。因此高效的纤维素溶剂是制备这类材料的前提条件。然后选择合适的镀薄膜工艺，根据气凝胶薄膜的要求标准不同，所采用的制薄膜工艺也不同，主要包括浸渍-提拉法、旋涂法、喷涂法、浇铸法等。然后在合适的液体介质中沉淀，其作用是穿透结构并取代溶剂，诱导凝胶化和溶剂置换。最后一步包括冷冻干燥、CO2超临界干燥和环境常压干燥。如今，这些多孔、轻质的气凝胶薄膜可以通过良性的方法制备。最早关于纤维素气凝胶薄膜的报道是J.Cai等人采用碱解法制备了一种柔性的气凝胶薄膜，制备过程中采用不同的溶剂制备了不同透明度的纤维素气凝胶薄膜(透光率＜70％)。随后Jin等报道了再生纤维素气凝胶的制备，他们以熔融的硫氰化钙水合物为溶剂，采用冷冻干燥技术制备了纤维素气凝胶，得到的气凝胶比表面积最高为190m2/g。Phisalaphong等人将纤维素溶解于碱/尿素体系中，之后进行超临界干燥，最后得到纤维素气凝胶薄膜。上述纤维素气凝胶薄膜虽然韧性好，具备气凝胶的基本特征，但只限于小尺寸、透光度低、制备过程复杂。此外，上述方法所得纤维素气凝胶薄膜大多是不透明的，这制约了纤维素气凝胶薄膜在气凝胶窗户设计的开发。
发明内容
本发明的目的是为了改进现有技术存在的不足而提供一种柔性透明纤维素气凝胶薄膜的制备方法。该方法原料和工艺简单，耗能低，结构可控，制备出的气凝胶薄膜具备柔性、低密度、高比表面积、高透光率等特性，对实现气凝胶薄膜在建筑玻璃、节能窗、新能源电池、小型电子设备、个人可穿戴设备、生物医用载体等领域的应用具备积极的生产意义。
本发明的技术方案：一种柔性透明纤维素气凝胶薄膜的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将纤维素以一定比例加入到离子液体中，加热搅拌得到透明均匀的纤维素溶胶体系；
(2)将纤维素溶胶放入真空干燥箱中抽真空进行脱泡处理，得到处理后纤维素溶胶；
(3)将处理后的纤维素溶胶用成膜工艺制备成纤维素溶胶薄膜；
(4)在上述纤维素溶胶薄膜中加入离子液体水溶液再生成纤维素湿凝胶薄膜；(5)溶剂置换，得到纤维素醇凝胶薄膜；
(6)将步骤(5)中得到的纤维素醇凝胶薄膜进行超临界干燥，得到厚度为0.1～0.5mm的柔性透明纤维素气凝胶薄膜；
其中：步骤(1)中纤维素与离子液体的质量比为1：(20～200)；步骤(2)中真空干燥箱的温度为60～90℃，真空度为0.01～0.1MPa，保温时间为0.5～5h；步骤(3)中的成膜工艺包括：旋涂成膜或浇铸成膜；步骤(4)中离子液体水溶液的质量百分比为20％～80％。
优选步骤(1)中纤维素为棉浆粕、木浆粕、竹浆粕或各类植物秸秆中制得的纤维素等中的一种或几种；纤维素与离子液体混合物在60～100℃下加热搅拌，直至纤维素完全溶解。
优选步骤(1)和步骤(4)中所述的离子液体是由咪唑或吡啶型的阳离子与阴离子所形成的熔点低于100℃的有机熔盐，具体为EmimCl、EmimBr、EmimF、EmimAc、BmimCl、BmimBr、BmimF、AmimCl、AmimBr或AmimF的一种或几种。
优选步骤(3)中旋涂成膜的工艺参数：转动速率为1000～2000rpm，旋涂加速度为200～500rpm/sec，旋涂时间为10～60s；浇铸成膜的工艺参数：浇铸速率为10～200ml/min，浇铸时间为10～60s。
优选步骤(5)中的溶剂为甲醇、正戊醇、乙醇或异丙醇中的一种或几种。
优选步骤(5)中溶剂置换是在是在室温下置换3～5次，每次间隔时间12～24h。
优选步骤(6)中超临界干燥为：以二氧化碳作为干燥介质，反应温度为45～50℃，高压反应釜内压强为9～12MPa，放气速率为2～8L/min，干燥时间为4～12h。
有益效果：
本发明方法以及由该方法制备的一种柔性透明纤维素气凝胶薄膜具有如下特点：
(1)原料绿色，工艺简单，常温制备，能耗低。采用离子液体体系溶解纤维素，通过溶胶-凝胶法和CO2超临界干燥生成透明纤维素气凝胶薄膜材料。
(2)薄膜具备柔性、高透光率、高孔隙率、高比表面积和颗粒均匀的特点，这对于实现气凝胶薄膜在建筑玻璃、节能领域应用具备积极的意义。
附图说明
图1是实例1中制得的柔性透明纤维素气凝胶薄膜的SEM图。
图2是实例1中制得的柔性透明纤维素气凝胶薄膜的实物照片。
图3是实例1中制得的柔性透明纤维素气凝胶薄膜的透光率曲线图
具体实施方式
实例1
将0.2g的棉浆粕加入10g AmimCl型离子液体，80℃下加热搅拌，直到纤维素完全溶解，得到均匀透明的纤维素溶胶。在80℃真空烘箱中抽真空保温1h，真空度为0.01MPa。将上述纤维素溶胶倒入模具中,将模具放入旋涂机中旋涂成膜，转速为1500rpm，加速度为250rpm/sec，时间为30s，配制60wt％AmimCl水溶液并倒入模具中，待凝胶后脱模取出，用无水乙醇顺次置换，每12h置换一次，置换3次，得到纤维素醇凝胶薄膜。然后将该醇凝胶薄膜进行二氧化碳超临界干燥，其中反应温度为50℃，高压反应釜内压强为10MPa，放气速率为5L/min，干燥时间为6h，从而得到0.2mm透明纤维素气凝胶薄膜。制得的透明纤维素气凝胶薄膜的SEM如图1所示，它是由相互层叠、交织的多尺度孔隙结构所构成的三维网络。样品实物照片如图2所示，其比表面积为223m2/g，从图3可以看出其透明度高达86％。
实例2
将0.3g的木浆粕加入10g BmimCl型离子液体，90℃下加热搅拌，直到纤维素完全溶解，得到均匀透明的纤维素溶胶。在70℃真空烘箱中抽真空保温2h，真空度为0.05MPa，将上述纤维素溶胶倒入模具中浇铸成膜静置，浇铸速率为60ml/min，时间为10s，配制40wt％Bmimcl水溶液并倒入模具中，待凝胶后脱模取出，用甲醇顺次置换，每24h置换一次，置换5次，得到纤维素醇凝胶薄膜。然后将该醇凝胶薄膜进行二氧化碳超临界干燥，其中反应温度为45℃，高压反应釜内压强为12MPa，放气速率为2L/min，干燥时间为8h，从而得到0.5mm透明纤维素气凝胶薄膜。经过表征发现，该气凝胶薄膜的比表面积为203m2/g，透光率为82％。
实例3
将0.4g的竹浆粕加入5g EmimCl和5g EmimBr型混合离子液体，70℃下加热搅拌，直到纤维素完全溶解，得到均匀透明的纤维素溶胶。在90℃真空烘箱中抽真空保温1.5h，真空度为0.06MPa。将上述纤维素溶胶倒入模具中浇铸成膜静置，浇铸速率为10ml/min，时间为60s。配制20wt％EmimCl和EmimBr混合水溶液并倒入模具中，待凝胶后脱模取出，用无水乙醇顺次置换，每12h置换一次，置换3次，得到纤维素醇凝胶薄膜。然后将该醇凝胶薄膜进行二氧化碳超临界干燥，其中反应温度为50℃，高压反应釜内压强为9MPa，放气速率为8L/min，干燥时间为7h，从而得到0.4mm透明纤维素气凝胶薄膜。经过表征发现，该气凝胶薄膜的比表面积为173m2/g，透光率为85％。
实例4
将1g的绵浆粕加入20g EmimAc型离子液体，60℃下加热搅拌，直到纤维素完全溶解，得到均匀透明的纤维素溶胶。在60℃真空烘箱中抽真空保温0.5h，真空度为0.06MPa。将上述纤维素溶胶倒入模具中,将模具放入旋涂机中旋涂成膜静置，转速为2000rpm，加速度为200rpm/sec，时间为55s，配制40wt％EmimAc水溶液并倒入模具中，待凝胶后脱模取出，用无水乙醇顺次置换，每24h置换一次，置换4次，得到纤维素醇凝胶薄膜。然后将该醇凝胶薄膜进行二氧化碳超临界干燥，其中反应温度为46℃，高压反应釜内压强为11MPa，放气速率为3L/min，干燥时间为5h，从而得到0.2mm透明纤维素气凝胶薄膜。经过表征发现，该气凝胶薄膜的比表面积为171m2/g，透光率为87％。
实例5
将0.7g的竹浆粕加入50g BmimBr和50g BmimF型混合离子液体，100℃下加热搅拌，直到纤维素完全溶解，得到均匀透明的纤维素溶胶。在80℃真空烘箱中抽真空保温5h，真空度为0.03MPa。将上述纤维素溶胶倒入模具中,将模具放入旋涂机中旋涂成膜静置，转速为2000rpm，加速度为250rpm/sec，时间为15s，配制80wt％BmimBr和BmimF混合水溶液并倒入模具中，待凝胶后脱模取出，用正戊醇顺次置换，每12h置换一次，置换3次，得到纤维素醇凝胶薄膜。然后将该醇凝胶薄膜进行二氧化碳超临界干燥，其中反应温度为50℃，高压反应釜内压强为10MPa，放气速率为5L/min，干燥时间为4h，从而得到0.1mm透明纤维素气凝胶薄膜。经过表征发现，该气凝胶薄膜的比表面积为230m2/g，透光率为86％。
实例6
将0.5g的纸浆粕加入5g AmimBr和5g AmimF型复合离子液体，70℃下加热搅拌，直到纤维素完全溶解，得到均匀透明的纤维素溶胶。在60℃真空烘箱中抽真空保温3h，真空度为0.02MPa。将上述纤维素溶胶倒入模具中,将模具放入旋涂机中旋涂膜静置，转速为1000rpm，加速度为300rpm/sec，时间为40s，配制60wt％AmimBr和AmimF混合水溶液并倒入模具中，待凝胶后脱模取出，用异丙醇顺次置换，每24h置换一次，置换5次，得到纤维素醇凝胶薄膜。然后将该醇凝胶薄膜进行二氧化碳超临界干燥，其中反应温度为47℃，高压反应釜内压强为10MPa，放气速率为7L/min，干燥时间为10h，从而得到0.2mm透明纤维素气凝胶薄膜。经过表征发现，该气凝胶薄膜的比表面积为179m2/g，透光率为80％。
实例7
将0.8g的木浆粕加入30g BmimCl型离子液体，90℃下加热搅拌，直到纤维素完全溶解，得到均匀透明的纤维素溶胶。在70℃真空烘箱中抽真空保温2h，真空度为0.1MPa。将上述纤维素溶胶倒入模具中,将模具放入旋涂机中旋涂成膜静置，转速为1800rpm，加速度为300rpm/sec，时间为40s，配制20wt％BmimCl水溶液并倒入模具中，待凝胶后脱模取出，用甲醇顺次置换，每12h置换一次，置换3次，得到纤维素醇凝胶薄膜。然后将该醇凝胶薄膜进行二氧化碳超临界干燥，其中反应温度为49℃，高压反应釜内压强为9MPa，放气速率为5L/min，干燥时间为5h，从而得到0.2mm透明纤维素气凝胶薄膜。经过表征发现，该气凝胶薄膜的比表面积为225m2/g，透光率为81％。
实例8
将0.1g的绵浆粕加入20g AmimCl型离子液体，100℃下加热搅拌，直到纤维素完全溶解，得到均匀透明的纤维素溶胶。在90℃真空烘箱中抽真空保温1h，真空度为0.04MPa。将上述纤维素溶胶倒入模具中浇铸成膜静置，浇铸速率为200ml/min，时间为10s，配制40wt％AmimCl水溶液并倒入模具中，待凝胶后脱模取出，用无水乙醇顺次置换，每24h置换一次，置换4次，得到纤维素醇凝胶薄膜。然后将该醇凝胶薄膜进行二氧化碳超临界干燥，其中反应温度为50℃，高压反应釜内压强为10MPa，放气速率为3L/min，干燥时间为12h，从而得到0.3mm透明纤维素气凝胶薄膜。经过表征发现，该气凝胶薄膜的比表面积为214m2/g，透光率为79％。
Claims (7)
1.一种柔性透明纤维素气凝胶薄膜的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将纤维素以一定比例加入到离子液体中，加热搅拌得到透明均匀的纤维素溶胶体系；
(2)将纤维素溶胶放入真空干燥箱中抽真空进行脱泡处理，得到处理后纤维素溶胶；
(3)将处理后的纤维素溶胶用成膜工艺制备成纤维素溶胶薄膜；
(4)在上述纤维素溶胶薄膜中加入离子液体水溶液再生成纤维素湿凝胶薄膜；
(5)溶剂置换，得到纤维素醇凝胶薄膜；
(6)将步骤(5)中得到的纤维素醇凝胶薄膜进行超临界干燥，得到厚度为0.1～0.5mm的柔性透明纤维素气凝胶薄膜；
其中：步骤(1)中纤维素与离子液体的质量比为1：(20～200)；步骤(2)中真空干燥箱的温度为60～90℃，真空度为0.01～0.1MPa，保温时间为0.5～5h；步骤(3)中的成膜工艺包括：旋涂成膜或浇铸成膜；步骤(4)中离子液体水溶液的质量百分比为20％～80％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中纤维素为棉浆粕、木浆粕、竹浆粕或各类植物秸秆中制得的纤维素等中的一种或几种；纤维素与离子液体混合物在60～100℃下加热搅拌，直至纤维素完全溶解。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)和步骤(4)中所述的离子液体是由咪唑或吡啶型的阳离子与阴离子所形成的熔点低于100℃的有机熔盐，具体为EmimCl、EmimBr、EmimF、EmimAc、BmimCl、BmimBr、BmimF、AmimCl、AmimBr或AmimF的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中旋涂成膜的工艺参数：转动速率为1000～2000rpm，旋涂加速度为200～500rpm/sec，旋涂时间为10～60s；浇铸成膜的工艺参数：浇铸速率为10～200ml/min，浇铸时间为10～60s。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(5)中的溶剂为甲醇、正戊醇、乙醇或异丙醇中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(5)中溶剂置换是在是在室温下置换3～5次，每次间隔时间12～24h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(6)中超临界干燥为：以二氧化碳作为干燥介质，反应温度为45～50℃，高压反应釜内压强为9～12MPa，放气速率为2～8L/min，干燥时间为4～12h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310937011.1A CN117106224A (zh) | 2023-07-28 | 2023-07-28 | 一种柔性透明纤维素气凝胶薄膜的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310937011.1A CN117106224A (zh) | 2023-07-28 | 2023-07-28 | 一种柔性透明纤维素气凝胶薄膜的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117106224A true CN117106224A (zh) | 2023-11-24 |
Family
ID=88797494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310937011.1A Pending CN117106224A (zh) | 2023-07-28 | 2023-07-28 | 一种柔性透明纤维素气凝胶薄膜的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117106224A (zh) |
-
2023
- 2023-07-28 CN CN202310937011.1A patent/CN117106224A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106867019B (zh) | 一锅法制备SiO2-纤维素复合气凝胶材料的方法 | |
| CN111195508B (zh) | 一种结构有序壳聚糖/纳米纤维素复合气凝胶及其制备方法 | |
| CN108658576B (zh) | 一种复合二氧化硅气凝胶毡的制备方法 | |
| CN108484098B (zh) | 一种二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法 | |
| CN106495109B (zh) | 一种泡沫状氮化硼块体材料制备方法 | |
| CN106800662A (zh) | 一种壳聚糖凝胶系材料的制备方法 | |
| CN102942354B (zh) | 一种透光型气凝胶制备方法 | |
| CN109721060B (zh) | 一种防掉粉二氧化硅复合气凝胶及其制备方法 | |
| CN108484963B (zh) | 一种常压干燥法制备酚醛气凝胶的方法及制得的酚醛气凝胶 | |
| CN107583106B (zh) | 聚柠檬酸酯/甲壳素纳米晶须组织工程支架及其制备方法 | |
| CN115124760B (zh) | 一种超疏水型壳聚糖杂化气凝胶及其制备方法 | |
| CN1888302A (zh) | 一种纳米多孔柔性毡复合材料的制备方法及应用 | |
| CN108623822A (zh) | 一种SiO2/纤维素杂化气凝胶的制备方法 | |
| CN103788217A (zh) | 一种纤维素凝胶材料、制备方法及用途 | |
| CN110615663A (zh) | 一种实木纤维/SiO2气凝胶复合保温材料及制备方法 | |
| CN112138612A (zh) | 一种石墨烯-有机硅复合气凝胶的制备方法 | |
| CN102941023A (zh) | 一种细菌纤维素血液透析膜 | |
| CN110157044A (zh) | 一种天然纳米纤维素基复合隔热气凝胶及其制备方法 | |
| CN117106224A (zh) | 一种柔性透明纤维素气凝胶薄膜的制备方法 | |
| CN112159248A (zh) | 自疏水型纳米孔气凝胶复合绝热材料的制备方法 | |
| CN113045792A (zh) | 一种淀粉/琼脂复合基阻燃气凝胶的制备方法 | |
| CN116426032A (zh) | 一种甘蔗渣纤维素气凝胶及其制备方法 | |
| CN117126449A (zh) | 一种柔性透明硅基改性纤维素气凝胶薄膜的制备方法 | |
| CN116478446A (zh) | 一种兼具隔热、阻燃和生物相容性能的纤维素/羟基磷灰石纳米线复合泡沫的制备方法 | |
| CN114479079B (zh) | 一种聚酰亚胺气凝胶及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |