一种碳化氮/聚乙烯醇缩醛复合仿生薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化氮/聚乙烯醇缩醛复合仿生薄膜的制备方法，将石墨相碳化氮在极性溶液中超声后，取上层清液，然后把高分子溶液和该清液混合，通过减压抽滤后，干燥得到贝壳层状自组装结构的薄膜，该薄膜制备所需原料纳米片状碳化氮能通过超声方法快速、大量的制备，成本低廉，操作方法简单，适用类型广，得到的薄膜显示出层状贝壳结构，力学性能优良。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化氮/聚乙烯醇缩醛复合仿生薄膜的制备方法
本专利技术属于复合薄膜的制备领域，具体涉及到一种纳米片状碳化氮复合聚乙烯醇缩醛类高分子，形成纳米层状贝壳结构的复合薄膜的制备方法。
技术介绍
1960年J.Steele正式提出了仿生学的概念，从此仿生学作为一个学科被正式提出。仿生学包括功能仿生、结构仿生和系统仿生。由于自然界的生物材料大都具有微观复合、宏观有序的结构，所以结构仿生和材料学的关系密切。仿生设计的精髓在于以材料的结构形似追求性能的提高。珍珠层结构由于特殊的层状结构使得材料的破裂韧性相对于文石晶体提高了上千倍，同时材料的拉伸性能普遍提高了2倍左右。材料的层状结构及其有机无机相互叠层的特殊复合结构成为珍珠层结构性能提高的首要因素[JournalofMaterialsResearch,2006.21(8):p.1977-1986]。基于贝壳层状结构，CleggW.J.等[Nature,1990.347(6292):p.455-7]以石墨为软相，以SiC为陶瓷硬相，叠层热压成型，制成的SiC/石墨增韧复合材料的断裂功提高了100倍。在宏观尺度上，仿贝壳的层状结构也能提高材料的力学性能。Mayer[MaterialsScience&Engineering,C,2006.26(8):p.1261-1268]制备了不同体积比例的粘合剂/陶瓷（玻璃）叠层复合仿生，该仿生结构提高了材料的力学性能，并发现硬相体积含量为89%的材料有最好的冲击性能。余木火等[余木火，焦明立，高朋等，一种可降解塑料PLA形成贝壳层状结构的方法，专利号：200710048058.3]提出了通过压力诱导球晶变形形成贝壳层状结构的方法，更早Foster-Miller公司专利技术了LAST装甲，它是由橡胶包裹的六角形陶瓷相以瓦片状相互叠层而固定在战斗机车上来降低炮弹打击时的振动波，事实证明该材料确实提高了装甲的防护能力。纳米层状复合的仿生薄膜制备中，由于纳米层状材料不易得到、价格高、步骤繁杂，难以广泛应用，同时由于难以形成有序的叠层结构，所以层状复合仿生材料的制备难以形成宏量制备。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是针对现有的贝壳层状结构材料难以宏量制备，制备方法复杂，制备成本高等问题，提供了一种简单的石墨相碳化氮复合聚乙烯醇缩醛类高分子仿生复合薄膜的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种碳化氮/聚乙烯醇缩醛复合仿生薄膜的制备方法，包括以下步骤：（1）石墨相碳化氮研磨得到的粉末分散于溶液中，并置入超声仪中超声4个小时以上，得到含有纳米片状石墨相碳化氮的上层清液；（2）配置一定比例的聚乙烯醇缩醛溶液，并和上步得到的片状石墨相碳化氮清液共混，在固定温度下搅拌一段时间，得到稳定的溶液；（3）使用抽滤装置进行抽滤，最终在滤纸上得到一层贝壳层状自组装结构的复合仿生薄膜。所述步骤（1）中石墨相碳化氮为热聚合法制备，溶液为乙醇或水，配制浓度为2-80mg/mL，超声仪器功率150-600W，超声时间4-24小时，最优为10-16小时。所述步骤（2）中聚乙烯醇缩醛为聚乙烯醇缩甲醛，聚乙烯醇缩甲乙醛或聚乙烯醇缩丁醛，溶液浓度为2-60mg/mL。所述步骤（2）中共混搅拌温度为10-50℃，搅拌2-10小时。所述步骤（3）中使用的滤纸为0.45μm孔径的有机滤膜，抽滤时间1-10小时，抽滤瓶内压力不高于2000Pa，最优1000Pa。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：现有石墨相碳化氮制备原料为价格低廉的三聚氰胺，同时高温烧结三聚氰胺所得石墨相碳化氮制备方法简单，碳化氮原料廉价、易得；石墨相碳化氮超声剥离时间较短、剥离比例高、所得纳米片层丰富；抽滤方法简单易行，能形成宏量薄膜；薄膜制备步骤简单、操作条件易实现；所得薄膜形成了纳米层状结构，有助于高分子薄膜力学性能的大幅提高；形成的薄膜均匀、透明，有利于结构、光催化等多领域的应用。附图说明图1为本专利技术制备的具有层状仿生结构薄膜断面的SEM图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步的说明，以下所述，仅是对本专利技术的较佳实施例而已，并非对本专利技术做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的
技术实现思路
加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本专利技术方案内容，依据本专利技术的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本专利技术的保护范围内。实施例1本实施例碳化氮/聚乙烯醇缩醛复合仿生薄膜的制备方法如下：（1）热聚合法制备石墨相碳化氮研磨得到粉末，按照2mg/mL分散于水溶液中，并置入超声仪中，超声仪器功率150W，超声4个小时，得到含有纳米片状石墨相碳化氮的上层清液；（2）配置2mg/mL的聚乙烯醇缩甲醛水溶液，并和得到的片状石墨相碳化氮清液共混，在10℃下搅拌2小时，得到稳定的溶液；（3）使用0.45μm孔径的有机滤膜，抽滤瓶内压力2000Pa进行抽滤1h，最终在滤纸上得到一层贝壳层状自组装结构的复合仿生薄膜。本实施例所得复合仿生薄膜拉伸强度为60MPa，断裂伸长率为30%。实施例2本实施例碳化氮/聚乙烯醇缩醛复合仿生薄膜的制备方法如下：（1）热聚合法制备石墨相碳化氮研磨得到粉末，按照80mg/mL分散于乙醇溶液中，并置入超声仪中，超声仪器功率600W，超声24小时，得到含有纳米片状石墨相碳化氮的上层清液；（2）配置60mg/mL的聚乙烯醇缩丁醛乙醇溶液，并和得到的片状石墨相碳化氮清液共混，在50℃下搅拌10小时，得到稳定的溶液；（3）使用0.45μm孔径的有机滤膜，抽滤瓶内压力1100Pa进行抽滤10h，最终在滤纸上得到一层贝壳层状自组装结构的复合仿生薄膜。本实施例所得复合仿生薄膜拉伸强度为120MPa，断裂伸长率为40%。实施例3本实施例碳化氮/聚乙烯醇缩醛复合仿生薄膜的制备方法如下：（1）热聚合法制备石墨相碳化氮研磨得到粉末，按照30mg/mL分散于乙醇溶液中，并置入超声仪中，超声仪器功率300W，超声12小时，得到含有纳米片状石墨相碳化氮的上层清液；（2）配置30mg/mL的聚乙烯醇缩甲乙醛乙醇溶液，并和得到的片状石墨相碳化氮清液共混，在30℃下搅拌5小时，得到稳定的溶液；（3）使用0.45μm孔径的有机滤膜，抽滤瓶内压力1000Pa进行抽滤8h，最终在滤纸上得到一层贝壳层状自组装结构的复合仿生薄膜。本实施例所得复合仿生薄膜拉伸强度为150MPa，断裂伸长率为35%。实施例4本实施例碳化氮/聚乙烯醇缩醛复合仿生薄膜的制备方法如下：（1）热聚合法制备石墨相碳化氮研磨得到粉末，按照80mg/mL分散于水溶液中，并置入超声仪中，超声仪器功率150W，超声4个小时，得到含有纳米片状石墨相碳化氮的上层清液；（2）配置2mg/mL的聚乙烯醇缩甲醛水溶液，并和得到的片状石墨相碳化氮清液共混，在10℃下搅拌2小时，得到稳定的溶液；（3）使用0.45μm孔径的有机滤膜，抽滤瓶内压力1500Pa进行抽滤5h，最终在滤纸上得到一层贝壳层状自组装结构的复合仿生薄膜。本实施例所得复合仿生薄膜拉伸强度为170MPa，断裂伸长率为60%。实施例5本实施例碳化氮/聚乙烯醇缩醛复合仿生薄膜的制备方法如下：（1）热聚合法制备石墨相碳化氮研磨得到粉末，按照80mg/mL分散于水溶液中，并置入超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化氮/聚乙烯醇缩醛复合仿生薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）石墨相碳化氮研磨得到的粉末分散于溶液中，并置入超声仪中超声后得到含有纳米片状石墨相碳化氮的上层清液；（2）配置一定比例的聚乙烯醇缩醛溶液，并和步骤（1）得到的含有片状石墨相碳化氮的上层清液共混，在固定温度下搅拌一段时间，得到稳定的溶液；（3）使用抽滤装置进行抽滤，最终在滤纸上得到一层贝壳层状自组装结构的碳化氮/聚乙烯醇缩醛复合仿生薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种碳化氮/聚乙烯醇缩醛复合仿生薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）石墨相碳化氮研磨得到的粉末分散于溶液中，并置入超声仪中超声后得到含有纳米片状石墨相碳化氮的上层清液；（2）配置一定比例的聚乙烯醇缩醛溶液，并和步骤（1）得到的含有片状石墨相碳化氮的上层清液共混，在固定温度下搅拌一段时间，得到稳定的溶液；（3）使用抽滤装置进行抽滤，最终在滤纸上得到一层贝壳层状自组装结构的碳化氮/聚乙烯醇缩醛复合仿生薄膜。2.根据权利要求1所述的种碳化氮/聚乙烯醇缩醛复合仿生薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中石墨相碳化氮为热聚合法制备，溶液为乙醇或水，配制浓度为2-80mg/mL，超声仪器功率150-600W，超声时间4-24小时。3.根据权利要求2所述的种碳化氮/聚乙烯醇缩醛复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，焦明立，张啸梅，许恒，庹武，刘淑萍，刘让同，曹健，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41