一种阻燃型耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜及制备方法技术

本发明专利技术提供一种阻燃型耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜及其制备方法。该方法首先采用负压抽吸，使少量离子液体均匀附着在纳米晶颗粒表面，然后再对薄膜进行热压处理，即可制得阻燃型耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜。本发明专利技术所制的纤维素纳米晶彩色膜极限氧指数可以达到29‑31，其颜色可以通过改变负压抽吸渗透处理所用离子液体在其水溶液中的质量分数来调控。

Flame retardant type heat-resistant flexible cellulose nano crystalline color film and preparation method

The invention provides a flame retardant heat-resistant flexible cellulose nano crystalline color film and a preparation method thereof. In the method, negative pressure suction is used to make a small amount of ionic liquid adhere uniformly to the surface of nano crystal particles. Then, the flame retardant heat-resistant flexible cellulose nano crystalline color film can be prepared by pressing the film. The present invention made of cellulose nano crystal color film limit oxygen index can reach 29 31, its color can be controlled by changing the mass fraction of the negative pressure suction osmotic treatment of the ionic liquid in the aqueous solution of the.

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃型耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜及制备方法
本专利技术涉及一种阻燃型耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜及制备方法，属于生物高分子材料薄膜制备领域。
技术介绍
用硫酸酸解法从纤维素中提取到的棒状纤维素纳米晶，在水中形成稳定的悬浮液。在高于临界浓度时，纤维素纳米晶悬浮液自发地分离为上层的无序相和下层的手性向列液晶相，这种有序的液晶结构能够在水分挥发散失后保留在纤维素纳米晶固体膜里，从而使薄膜在自然光下呈现出彩虹色。纤维素纳米晶彩色膜的这种结构色颜色稳定而独特，在防伪标识方面具有十分广阔的应用前景。纯粹的纤维素纳米晶彩色膜是刚性纳米晶粒子之间通过氢键作用结合在一起而形成，具有硬脆性而限制了其应用。通过纤维素纳米晶与高分子聚合物复合共组装是改善纤维素纳米晶彩色膜的硬脆性最常用的方法。如公开号为CN102449052A的中国专利技术专利记载了将纤维素纳米晶和低分子量的水溶性多羟基聚合物复合浇筑共组装制备柔性纤维素纳米晶彩色膜的方法。此外，公开号为CN105670044A的中国专利技术专利记载了将预制的纤维素纳米晶彩色膜用浓碱进行化学后处理，使纤维素纳米晶由FormⅠ晶型变为FormⅡ晶型，提高材料中无定形区含量，从而获得高强高韧的纤维素纳米晶彩色膜的方法。本专利技术通过将少量室温离子液体负压抽吸渗透进入预制的纤维素纳米晶彩色膜，然后进行热压处理的方法，获得了可以弯曲成型的柔性彩色膜。机械性能测试分析表明离子液体在复合膜中起到了增塑剂的作用，元素分析的结果表明复合膜中纤维素纳米晶表面的磺酸根部分被脱除。热分析测试和燃烧测试表明所得复合膜的耐热性和耐热氧化性能得到了提高。极限氧指数达到29-31；最大热降解速率温度可达260-290℃。彩色膜的颜色随着所用离子液体在其水溶液中质量分数的改变而呈现规律性的变化。
技术实现思路
[要解决的技术问题]本专利技术的目的在于提供一种阻燃型耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜。本专利技术的另一目的还在于提供一种该阻燃型耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜的制备方法。本专利技术的另一目的还在于提供一种通过改变负压抽吸渗透所用溶剂中离子液体的质量分数来调控彩色膜颜色的方法。本专利技术的另一目的还在于提供一种通过负压抽吸使离子液体渗透进入纤维素纳米晶彩色膜，再通过热压处理，以提高彩色膜耐热性和耐热氧化性的方法。[技术方案]本专利技术提供了一种阻燃型耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜及其制备方法，该方法首先将少量室温离子液体负压抽吸渗透进入预制的纤维素纳米晶彩色膜，再将复合膜在100-150℃，5-10MPa下热压处理5-20分钟。纤维素纳米晶表面含有大量羟基而具有亲水性，所采用的离子液体可以与水以任意比混溶，在负压抽吸作用下，离子液体与水的混合溶液可以迅速渗透穿过纤维素纳米晶预制膜，离子液体的阴阳离子和纤维素纳米晶表面的磺酸基团、羟基通过静电相互作用、氢键作用而结合在一起。在后期干燥过程中，多余的水分挥发，而不能挥发的离子液体留在了彩色膜内部。负压抽吸渗透使离子液体均匀附着在纳米晶颗粒表面，阻隔了纤维素纳米晶颗粒之间的氢键相互作用，起到增塑剂的作用。所采用的离子液体是一种纤维素的有效溶剂，在高温下可以溶解纤维素。热压处理使彩色膜中纳米晶颗粒表面的纤维素部分溶解于离子液体，在外压作用下溶解的纤维素分子相互贯穿融合。当彩色膜受到外应力时，这部分溶解的纤维素在纳米晶颗粒之间起到分散应力的作用，从而使彩色膜的柔韧性进一步提高。并且由于在此过程中复合膜中纤维素纳米晶表面的磺酸根部分被脱除，膜的耐热性得到提高，离子液体中含有的卤族元素氯有阻燃作用，膜的耐热氧化性能得到提高。膜的颜色可以通过改变负压抽吸渗透所用的溶剂中离子液体的质量分数进行调控。本专利技术可以通过以下技术方案实现：一种阻燃型耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜，其特征在于：该彩色膜由65-93wt％纤维素纳米晶和7-35wt％离子液体组成，具有阻燃性，氧指数为29-31，热降解速率温度为260-290℃。一种阻燃型耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜的制备方法，其特征在于该彩色膜是通过首先以纤维素纳米晶为原料预制成膜，再将浓度为5-30wt％的离子液体水溶液用负压抽吸法渗透进入该预制膜，再对彩色膜进行热压处理，从而得到阻燃型耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜，该膜的颜色随所用离子液体在其水溶液中质量分数的不同而呈现规律性的变化。所述的阻燃型耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：(1)纤维素纳米晶悬浮液的制备：将浓硫酸加入到粉碎的纤维素原料中，加热搅拌进行酸解后用去离子水终止反应，静置去掉上层清液，将下层浑浊混合物离心分离洗涤，制得纤维素纳米晶悬浮液；(2)将上述步骤获得的纤维素纳米晶悬浮液稀释至0.2-3wt％，再超声处理5-60分钟；取超声处理后的纤维素纳米晶悬浮液用负压抽吸除去水分，得到纤维素纳米晶彩色膜；(3)向上述彩色膜表面加入浓度为5-30wt％的离子液体水溶液，继续负压抽吸至彩色膜的上表面无残留液体，将所得彩色膜取出干燥，得到纤维素纳米晶彩色膜；(4)将上述纳米晶彩色膜在100-150℃，5-10MPa热压处理5-20分钟，制得高耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜。根据本专利技术的另一种优选实施方式，其特征在于所用的离子液体由正、负离子组成，其中正离子为任选取代的咪唑阳离子,负离子为氯离子。根据本专利技术的另一种优选实施方式，其特征在于离子液体为1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐，1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，1-乙基3-甲基咪唑氯盐。根据本专利技术的另一种优选实施方式，其特征在于彩色膜的颜色可以通过改变离子液体的溶液浓度来进行调控。根据本专利技术的另一种优选实施方式，其特征在于所用的纤维素原料来源于植物如：秸秆，竹，树木，果蔬。所述的柔性纤维素纳米晶彩色膜的制备方法进一步描述如下：(1)纤维素纳米晶悬浮液的制备：将64wt％左右的浓硫酸加入到粉碎的纤维素中，每克纸浆纤维素加入浓硫酸的量为13.5-17.5毫升。将混合物在40-50℃下搅拌酸解50-60分钟，搅拌速率为600-800rpm。后用大量去离子水终止反应，静置分层后倾倒去掉上层液，将下层浑浊混合物反复进行离心分离洗涤，至上层液体变浑浊，得到纤维素纳米晶悬浮液。(2)将纤维素纳米晶悬浮液稀释至0.2-3wt％，将稀释好的的悬浮液超声处理至悬浮液由浑浊变透明。(3)纤维素纳米晶彩色膜的制备：取上述超声处理的纤维素纳米晶悬浮液负压抽吸去除水分，获得滤膜支撑的纤维素纳米晶彩色膜。(4)柔性纤维素纳米晶彩色膜的制备：向上述滤膜支撑的纤维素纳米晶彩色膜表面加入5-30wt％的离子液体水溶液，继续负压抽吸至表面无残留液体后，置于50-90℃的烘箱中干燥1-2h后，去除滤膜得到纤维素纳米晶彩色膜。将彩色膜在100-150℃，5-10MPa热压处理5-20分钟，得到阻燃型高耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜。[有益效果]本专利技术由于采取上述技术方案，其具有以下优点：1、柔性、可塑性、透明性：获得的纤维素纳米晶彩色膜因少量离子液体的增塑作用及热压所导致的纳米晶之间的融合而具有优异的柔韧性。断裂伸长率和韧性增加，彩色膜透明性进一步提高。2、耐热性好：柔性纤维素纳米晶彩色膜的最大热降解速率温度在处理后，相对于处理前能够提高100℃左右。3、阻燃性：所制纤维素纳米晶彩色膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻燃型耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜，其特征在于：该彩色膜由65‑93wt％纤维素纳米晶和7‑35wt％的离子液体组成，氧指数为29‑31，热降解温度为260‑290℃。

【技术特征摘要】
1.一种阻燃型耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜，其特征在于：该彩色膜由65-93wt％纤维素纳米晶和7-35wt％的离子液体组成，氧指数为29-31，热降解温度为260-290℃。2.权利要求1所述的阻燃型耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜，其特征在于该彩色膜是通过首先以纤维素纳米晶为原料预制成膜，再将浓度为5-30wt％的离子液体水溶液渗透进入该预制膜，然后对彩色膜进行热压处理，从而得到阻燃型耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜。3.权利要求1中所述的阻燃型耐热柔性纤维素纳米晶彩色膜的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：(1)纤维素纳米晶悬浮液的制备：将浓硫酸加入到粉碎的纤维素原料中，加热搅拌进行酸解后用去离子水终止反应，将下层浑浊混合物离心分离洗涤，制得纤维素纳米晶悬浮液；(2)将上述步骤获得的纤维素纳米晶悬浮液稀释至0.2-3wt％，再超声处理5-60分钟；取超声处理后的纤维素纳米晶悬浮液用负压抽吸除去水分，得到纤维素纳米晶彩色膜；(3)向上述彩色膜表面加入浓度为5-30wt％的离子液体水溶液，继续负压抽吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建明，刘平，段咏欣，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37