一种光响应肉桂酸衍生物接枝纳米纤维素的制备方法技术

本发明专利技术属于生物质功能高分子材料领域，具体涉及一种光响应肉桂酸衍生物接枝纳米纤维素的制备方法。将纤维素原料加入到硫酸溶液中，在一定温度和超声条件下制备得到纳米纤维素，经透析得到纳米纤维素溶液，再与高碘酸钠反应制得双醛纳米纤维素；将肉桂酰氯与水合肼反应制备肉桂酰肼，随后，肉桂酰肼在DMF溶液中与双醛纳米纤维素上的醛基发生缩合反应，通过亚胺键的连接成功制备了肉桂酸衍生物接枝的纳米纤维素。本发明专利技术的纳米纤维素光响应填料绿色环保、安全性高，兼具提高机械性能和赋予光响应性能的双重作用。

【技术实现步骤摘要】
一种光响应肉桂酸衍生物接枝纳米纤维素的制备方法
本专利技术属于生物质功能高分子材料领域，具体涉及一种光响应肉桂酸衍生物接枝纳米纤维素的制备方法。
技术介绍
纤维素是自然界存在的丰富生物质资源，纤维素经过物理化学处理后可以方便地得到尺度减小的纳米纤维素，其具有丰富的羟基基团、高比表面积、优异的力学性能和可降解性，在新型纳米材料的开发中受到人们的广泛关注。然而，由于纳米纤维素的表面官能团比较单一，目前纳米纤维素主要作为纳米填料使用，仅起到增强材料机械性能的作用，限制了纳米纤维素的应用范围。肉桂酸单元具有良好的光响应性能，在紫外光的照射下，肉桂酸单元的双键与双键之间可以发生[2π+2π]环加成反应形成四元环状化合物。通过肉桂酰肼与双醛纳米纤维素之间的缩合反应，可以将肉桂酸基团接枝到纳米纤维素上（如图1所述），将肉桂酸衍生物改性后的纳米纤维素与其他材料复合，在增强材料机械性能的同时可以赋予材料良好的光响应性能，在紫外光照射下，改性后的纳米纤维素可以作为交联位点发生光交联反应，进而调控材料的结构，在光控膜、药物缓释等领域具有广阔的应用前景。本专利技术可以作为光响应纳米纤维素填料制备的一种新技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光响应肉桂酸衍生物接枝的纳米纤维素，为新型生物质基光响应纳米填料的制备提供一种新技术。本专利技术首先将肉桂酰氯与水合肼反应制备肉桂酰肼，随后，肉桂酰肼在DMF溶液中与双醛纳米纤维素上的醛基发生缩合反应，通过亚胺键的连接成功制备了肉桂酸衍生物接枝的纳米纤维素。该法制备的改性纳米纤维素生物相容性好、可降解，同时在280-320nm的范围内具有良好的光响应性能。相较于重金属填料使用过程中会出现的一些环境和健康问题，本专利技术的纳米纤维素光响应填料绿色环保、安全性高，兼具提高机械性能和赋予光响应性能的双重作用。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种光响应肉桂酸衍生物接枝纳米纤维素的制备方法，其制备步骤如下：（1）将纤维素原料加入到硫酸溶液中，在一定温度和超声条件下制备得到纳米纤维素，经透析得到纳米纤维素溶液。（2）取一定量的NaIO4溶于去离子水中，加入0.1mol/L的硫酸调节pH=3.5。将其加入一定比例的纳米纤维素溶液中，加去离子水配成一定质量浓度的纤维素溶液，在40℃下，置于阴暗处搅拌避光反应6h，制备得到双醛纳米纤维素。（3）将制备的双醛纳米纤维素（DNCC）透析2天脱去其中的高碘酸钠，取一定质量溶液加入DMF（N,N-二甲基甲酰胺)离心3-5次置换出去离子水，再加入DMF配成一定质量浓度的溶液。（4）将一定量肉桂酰氯加入乙腈中，搅拌得到澄清溶液。然后将溶液滴入装有一定量水合肼的圆底烧瓶中。反应混合物在冰浴中搅拌。15min后，用乙腈和乙醇对白色沉淀物进行洗涤过滤，并在室温下干燥，得到产物肉桂酰肼（CMH）。（5）将制备好的肉桂酰肼溶于DMF溶液中，加入到上述（3）制备好的双醛纳米纤维素DMF溶液中。装上冷凝器，置于阴暗处，在80℃下，避光搅拌反应3h，反应结束后，用DMF洗涤未反应的肉桂酰肼，再用去离子水离心置换DMF溶剂，得到肉桂酸衍生物接枝的纳米纤维素（CMH-NCC）。步骤（1）中所述的纤维素原料为回收废纸浆、竹浆、草浆、棉纤维、农林废弃物纤维原料、微晶纤维素原料中的一种，纤维和硫酸溶液的质量比为1：60，硫酸的质量浓度为50%-70%，超声处理时间为4h，超声温度为65℃。步骤（2）中NaIO4:纳米纤维素质量比为1~3：1，加去离子水配成纤维素质量浓度2%的溶液。步骤（4）中肉桂酰氯的乙腈溶液质量浓度20%，水合肼：乙腈的体积比为2：5。步骤（5）中按质量比计：肉桂酰肼：双醛纳米纤维素=3：2，其中双醛纳米纤维素DMF溶液质量浓度为2%。本专利技术的显著优点在于：纤维素是自然界存在的丰富生物质资源，纤维素经过物理化学处理后可以方便地得到尺度减小的纳米纤维素，其具有丰富的羟基基团、高比表面积、优异的力学性能和可降解性，在新型纳米材料的开发中受到人们的广泛关注。肉桂酸基团具有良好的光响应性能，且易于生产，价格便宜。本方法制备的肉桂酸衍生物接枝纳米纤维素兼具提高机械性能和赋予光响应性能的作用。将其加入到其他材料中可以制备具有光响应性、力学性能好的智能材料。附图说明图1本专利技术反应式；图2不同浓度CMH-NCC的UV-Vis吸收谱图。具体实施方式为进一步公开而不是限制本专利技术，以下结合实例对本专利技术作进一步的详细说明。实施例1（1）按料液比为1：70，将微晶纤维素原料加入到70wt%硫酸溶液中，在65℃条件下超声4h制备得到纳米纤维素，经透析得到纳米纤维素溶液。（2）取2g的NaIO4溶于去离子水中，加入0.1mol/L的硫酸调节pH=3.5。将其加入一定固含量2g的纳米纤维素溶液中，加去离子水配成质量浓度2%的纤维素溶液，在40℃下，置于阴暗处搅拌避光反应6h，制备得到双醛纳米纤维素。（3）将制备的双醛纳米纤维素透析2天脱去其中的高碘酸钠，取一定质量溶液加入DMF（N,N-二甲基甲酰胺)离心3-5次置换出去离子水，再加入DMF配成质量浓度2%的双醛纤维素DMF溶液。（4）将1g肉桂酰氯加入5mL乙腈中，磁搅拌得到澄清溶液。然后将溶液滴入装有2mL水合肼的圆底烧瓶中。反应混合物在冰浴中搅拌15min后，用乙腈和乙醇对白色沉淀物进行洗涤过滤，并在室温下干燥，得到产物肉桂酰肼。（5）将制备好的1.5g肉桂酰肼溶于DMF溶液中，加入到上述（3）制备好的双醛纳米纤维素DMF溶液中。装上冷凝器，置于阴暗处，在80℃下，避光搅拌反应3h，反应结束后，用DMF洗涤未反应肉桂酰肼，再用去离子水离心置换DMF溶剂，得到肉桂酸衍生物接枝的纳米纤维素。实施例2（1）按料液比为1：70，将回收旧纸纤维原料加入到65wt%硫酸溶液中，在65℃条件下超声4h制备得到纳米纤维素，经透析得到纳米纤维素溶液。（2）取4g的NaIO4溶于去离子水中，加入0.1mol/L的硫酸调节pH=3.5。将其加入一定固含量2g的纳米纤维素溶液中，加去离子水配成质量浓度2%的纤维素溶液，在40℃下，置于阴暗处搅拌避光反应6h。（3）将制备的双醛纳米纤维素透析2天脱去其中的高碘酸钠，取一定质量溶液加入DMF（N,N-二甲基甲酰胺)离心3-5次置换出去离子水，再加入DMF配成质量浓度2%的双醛纤维素DMF溶液。（4）将1g肉桂酰氯加入5mL乙腈中，磁搅拌得到澄清溶液。然后将溶液滴入装有2mL水合肼的圆底烧瓶中。反应混合物在冰浴中搅拌15min后，用乙腈和乙醇对白色沉淀物进行洗涤过滤，并在室温下干燥，得到产物肉桂酰肼。（5）将制备好的1.5g肉桂酰肼溶于DMF溶液中，加入到上述（3）制备好的双醛纳米纤维素DMF溶液中。装上冷凝器，置于阴暗出，在80℃下，避光搅拌反应3h，反应结束后，用DMF洗涤未反应肉桂酰肼，再用去离子水离心置换DMF溶剂，得到肉桂酸衍生物接枝的纳米纤维素。实施例3（1）按料液比为1：70，将草浆纤维原料加入到55wt%硫酸溶液中，在65℃条件下超声4h制备得到纳米纤维素，，经透析旋蒸得到纳米纤维素溶液。（2）取6g的NaIO4溶于去离子水中，加入0.1mol/L的硫酸调节pH=3.5。将其加入一定固含量2g的纳米纤维素溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光响应肉桂酸衍生物接枝纳米纤维素的制备方法，其特征在于：将纤维素原料加入到硫酸溶液中，在一定温度和超声条件下制备得到纳米纤维素，经透析得到纳米纤维素溶液，再与高碘酸钠反应制得双醛纳米纤维素；将肉桂酰氯与水合肼反应制备肉桂酰肼，随后，肉桂酰肼在DMF溶液中与双醛纳米纤维素上的醛基发生缩合反应，通过亚胺键的连接成功制备了肉桂酸衍生物接枝的纳米纤维素。

【技术特征摘要】
1.一种光响应肉桂酸衍生物接枝纳米纤维素的制备方法，其特征在于：将纤维素原料加入到硫酸溶液中，在一定温度和超声条件下制备得到纳米纤维素，经透析得到纳米纤维素溶液，再与高碘酸钠反应制得双醛纳米纤维素；将肉桂酰氯与水合肼反应制备肉桂酰肼，随后，肉桂酰肼在DMF溶液中与双醛纳米纤维素上的醛基发生缩合反应，通过亚胺键的连接成功制备了肉桂酸衍生物接枝的纳米纤维素。2.根据权利要求1所述的一种光响应肉桂酸衍生物接枝纳米纤维素的制备方法，其特征在于：制备步骤如下：（1）将微晶纤维素原料加入到硫酸溶液中，在一定温度和超声条件下制备得到纳米纤维素，经透析得到纳米纤维素溶液；（2）取一定量的NaIO4溶于去离子水中，加入0.1mol/L的硫酸调节pH=3.5；将其加入一定比例的纳米纤维素溶液中，加去离子水配成一定质量浓度的纤维素溶液，在40℃下，置于阴暗处搅拌避光反应6h，制备得到双醛纳米纤维素；（3）将制备的双醛纳米纤维素DNCC透析2天脱去其中的高碘酸钠，取一定质量溶液加入DMF离心3-5次置换出去离子水，再加入DMF配成一定质量浓度的溶液；（4）将一定量肉桂酰氯加入乙腈中，搅拌得到澄清溶液；然后将溶液滴入装有一定量水合肼的圆底烧瓶中；反应混合物在冰浴中搅拌；15min后，用乙腈和乙醇对白色沉淀物进行洗涤过滤，并在室温下干燥，得到产物肉桂酰肼CMH；（5）将制备好的...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢贝丽，林强，武羽岩，林凤采，黄彪，刘杏，熊明诚，王梓，洪碧云，
申请(专利权)人：福建农林大学，
类型：发明
国别省市：福建,35