用磁性纳米粒子修饰的纤维素纳米纤丝制造技术

本发明专利技术涉及用磁性纳米粒子修饰的纤维素纳米纤丝，以及用于制备其的方法和包括该纳米纤丝的材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及用磁性纳米粒子修饰的纤维素纳米纤丝，以及用于制备其的方法和包括该纳米纤丝的材料。【专利说明】用磁性纳米粒子修饰的纤维素纳米纤丝
本专利技术涉及用磁性纳米粒子（纳米颗粒）修饰的纤维素纳米纤丝（纳米原纤维、 纳米小纤维、纳米原纤，nanofibril)及其制造方法，和包括所述纳米纤丝的材料。
技术介绍
具有较大表面体积比的磁性纳米粒子成为越来越感兴趣的领域。考虑到潜在大面 积的磁性纳米粒子作为各种聚合物材料的填充材料的应用，可以很容易地理解，与聚合物 中微米级的填充材料相比，它们相对差的表现是与高表面积纳米粒子的处理相关的困难的 影响。原因主要在于以下事实：由于与颗粒-聚合物/液体相互作用相比有利的颗粒-颗 粒相互作用，大的表面积也带来实现均匀分布的纳米粒子系统的问题。结果往往是纳米粒 子的极度的凝聚（团聚，agglomeration)和聚集（aggregate)。凝聚进而影响许多宏观性 质，如机械的、光学的和磁学的性质等，因为在宏观规模上这些性质受到在纳米级水平的密 切相互作用程度的影响。为了利用在有机基质材料中作为填料的纳米尺寸的磁性纳米粒子 的影响，因此控制分散是不可避免的先决条件。 在用NaOH沉淀之前，通过在N2气氛下将金属离子混入细菌纤维素的悬浮液，接着 在大气中氧化，来制备微纤维化纤维素的铁氧体负载的（ferrite-loaded)膜。铁氧体颗粒 在纤维状网络中倾向于聚集成块状，Sourty H.等人，Chem. Mater. 1998, 10,7(1755-1757)。 已经通过在厌氧条件下，在浆料悬浮液中沉积磁性纳米粒子制备了由洋麻纤维制成的磁性 纸。Chia C.H.等人，Am. Appl. Sci.，2006, 3, 3 (1750-1754)。 净化 / 过滤（Dai Q.等人，Chem Soc Rev，2010, 39,4057)，磁响应执行器 (Hoare，T.等人，Nano Lett，2009,9, 3651. Behrens S.，Nanoscale，2011，3,877)以及磁声 膜、防伪纸、射频材料的大规模制造和灵活的数据储存对具有改进的和控制性能的磁膜是 感兴趣的。磁性纳米复合膜和薄膜通常源于与表面改性的功能性磁性纳米粒子混合的聚合 物（Behrens S.，Nanoscale，2011，3,877)。 然而，高表面积纳米粒子的分散是更具挑战的，并且易于形成纳米粒子凝聚物。对 这种凝聚物而言，强度和破坏性能是敏感的，使得材料变得易碎，甚至在适度的纳米粒子载 荷中。凝聚物的存在也使得难以预测磁性复合材料的性能，因为涉及内在的磁性纳米粒子 偶极相互作用（Ols-son R. T?等，Polym Eng Sci, 2011，Article in Press)。另外，通常 的制备方法（Behrens S.，Nanoscale，2011，3,877)是耗时且昂贵的，因为在大多数情况下， 依靠经验的尝试寻找颗粒表面涂层，以改进分散剂（Balazs A.C.等，Science, 2006, 314， 1107)。 在生物纳米
中的最新进展阐明了由一些天然产生的纳米构建料 (nano-building block)提供的可能性（Eichorn S. J?等，J Mater Sci，2010,45，l)。在木 材细胞壁组织的最小尺度下，纤维素 I微纤维（3_5nm宽）在木材制浆以形成纳米纤丝过程 中聚集，其中纳米纤丝的宽度尺寸范围为5-20nm，并且长度至多达几微米。可以通过机械粉 碎从纸楽纤维细胞壁释放这些实体（entity) (A.F. Turbak等，J Appl Polym Sci, 1983,37， 815)，这通过纸楽纤维的酶或化学预处理来促进（M. Henriksson等，Eur Polym J，2007,43， 3434和Saito T.等，Biomacromolecules，2007,8,2485)。由于其内在的高强度和刚度（超 过130GPa晶体模量（Sakurada I.等，J Polym Sci，1962, 57,651))，长且细的纤维素纳米 纤丝（NFC)具有以下有趣的潜力，在各种复合材料中作为纳米加固物。此外，强的纤维内相 互作用允许形成多种纳米结构，从致密的纳米纸到超轻气溶胶和泡沫（Henriksson，M.等， Eur Polym 了，2007,43,3434;?涵1^6，]\1等，5〇代]\&1?61'，2008,4,2492;561^9111，11.等， Soft Matter，2010,6,1824;和 Svagan，A. J?等，J Mater Chem，2010, 20,6646)。在此，纤 维相互作用和相应网络结构提供了良好的机械性能。大规模可用性、来自可再生资源以及 低资源成本是森林来源的纳米构建料的优点。 细菌纤维素纳米纤丝网络已被用作磁性纳米粒子沉淀的模板（R. T. Olsson等， Nat Nanotechnol，2010,5,584)。该方法允许形成基于纤维素的磁性气溶胶以及致密膜。 WO 2008/121069公开了一种制备磁性纳米粒子纤维素材料的两步法，其中钴铁氧体纳米粒 子均匀地/精细地分布设置在材料内部纤维的支架上。所公开的材料是以水凝胶或气溶胶 的形式，并且在材料中的纤维被物理缠结。然而，由于在纳米粒子沉积之前，纤维素网络的 冷冻干燥步骤，该方法是耗能的。此外，纳米结构形成的多功能性（versatility)受细菌 合成的网络的特性限制，这在一定程度上，预测的磁性纳米粒子的相对密度/频率与接枝 (grafting)无机纳米粒子的反应部位有关。 先前方法的常见问题是实现可重复涂层的纳米粒子，使得很难实现"通常的"聚合 物基质纳米复合材料的结合的机械和磁性功能。在磁性纳米粒子纤维素材料的
内，需要能够调整材料的磁特性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用磁性纳米粒子修饰的纤维素纳米纤丝，其中，所述纳米粒 子均匀地分布在所述纳米纤丝上。本专利技术的另一个目的是提供用于制备这种纤维素纳米纤 丝的单步方法。进一步的目的是提供包括所述纤维素纳米纤丝的磁性材料，该纤维素纳米 纤丝由均匀分布在所述纳米纤丝上的磁性纳米粒子修饰。 已经出乎意料地发现，纤维素纳米纤丝，其中每个纳米纤丝用均匀分布在所述纳 米纤丝上的磁性纳米粒子修饰，可以通过包括以下步骤的方法获得： a)在溶剂中稀释纤维素纳米纤丝以获得悬浮液， b)在允许氧化的任何气氛中，将至少一种金属盐加入到步骤（a)中得到的悬浮液 中，以形成物理附着于所述纳米纤丝上的金属离子复合物（complex)。 c)通过强制水解沉淀所述金属离子复合物，以在所述悬浮液中在所述纤维素纳米 纤丝上形成磁性纳米粒子， d)允许所述步骤（C)中的悬浮液反应，直至所述金属离子复合物已转化为磁性相 (magnetic phase)〇 本专利技术的方法是制备由磁性纳米粒子修饰的纤维素纳米纤丝的单步法。与先前已 知的制备负载有纳米粒子的纤维素材料的方法相比，该方法是廉价且快速的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维素纳米纤丝，用均匀分布在所述纳米纤丝上的磁性纳米粒子修饰。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：西尔万·加朗，理查德·T·奥尔松，拉尔斯·贝卢德，
申请(专利权)人：赛陆泰科公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE