一种纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料及其制备方法。该复合材料包括如下组分：纳米纤维素、黏土、助剂和水。所述制备方法为采用纳米纤维素A剥离黏土，将得到的黏土剥离液与纳米纤维素B混合搅拌，经干燥处理后得到纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料。本发明专利技术所制备的聚合物透明纳米复合材料在具有优异阻燃性、高强度、高模量、高气液阻隔性的同时，还赋予了质轻、环保、透光率高等特性。经测试，所制备的聚合物透明纳米复合材料厚度为77~83µm，750nm波长下透光率达到80%以上，有望取代部分传统透明材料，应用于产品包装、航空航天、汽车工业、军工产品、电子电器等领域。

Nano cellulose / clay transparent nano composite material and preparation method thereof

The invention discloses a nano cellulose / clay transparent nano composite material and a preparation method thereof. The composite material comprises the following components: nanometer cellulose, clay, auxiliary agent and water. The preparation method uses nano cellulose A to peel clay, mixes the obtained clay stripping liquid with nano cellulose B, and then obtains transparent nano cellulose / clay nano composite material after drying treatment. The polymer transparent nano composite material prepared by the invention has excellent flame retardancy, high strength, high modulus and high gas-liquid barrier property, and meanwhile, the utility model has the advantages of light weight, environmental protection and high light transmittance. After testing, the transparent polymer nanocomposites prepared by 77~83 thickness m, 750nm wavelength transmittance reached more than 80%, is expected to replace the traditional transparent material used in the field of product packaging, aerospace, automotive, military products, electronic appliances etc..

【技术实现步骤摘要】
一种纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料及其制备方法
本专利技术属于聚合物透明材料领域，具体涉及一种纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料具有优异的物理力学性能、耐热性和气体液体阻隔性能、各向异性等，相较于常规聚合物复合材料轻得多的质量和成本低廉等优点，使其具有极其广阔的应用前景。但在现阶段聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料研究中，由于工艺和条件的不成熟，并不能在保持其优良特性的情况下使其透明化，极大限制了其在透明材料领域的应用。中国专利公开号CN1569953A公开了一种耐热性高、透明度好、不易变黄的聚合物/蒙脱土纳米复合材料及其制备方法，通过两次插层，制得新型活性有机蒙脱土，再与聚甲基丙烯酸甲酯混合制备复合材料，但该种复合材料中蒙脱土含量只有0.2-0.8%，树脂含量过高，因树脂不易分解，污染环境，并不符合当今绿色环保的理念。聚合物/黏土复合材料中黏土的剥离程度越高，分散性越好，越有利于形成网络，从而进一步增强其光泽度和透明度。AkiraIsogai等人制备了一种超强、高阻气性的纳米纤维素/瓷土层状复合材料，通过瓷土、纳米纤维素的共混制备，制备过程虽然对瓷土进行过机械处理，但由于处理工艺的限制，并没有得到完全剥离的瓷土片层结构，瓷土仍保持着层状的骨架结构，因此所制备的复合材料的透明性受到了限制。（CNWu，TSaito，SFujisawa，HFukuzumi，AIsogai，etall.UltrastrongandHighGas-BarrierNanocellulose/Clay-LayeredComposites,《Biomacromolecules》,2012,13(6):1927-32)。因此，研发出一种纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料及其制备方法，用于解决现有技术中，聚合物/黏土复合材料制备技术方案，存在着原料不环保、生产操作繁琐、黏土剥离程度低、复合材料透明度低以及综合成本高等缺陷，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料及其制备方法，用于克服现有技术存在的不足，制备一种绿色、无毒、低廉、可再生、易降解的聚合物透明纳米复合材料。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案。一种纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料的制备方法，具体步骤如下：步骤一：将黏土、纳米纤维素A和水混合，搅拌均匀后机械处理、离心处理，得到黏土剥离液；步骤二：将黏土剥离液与纳米纤维素B、助剂混合，机械搅拌后，经干燥处理，得到所述纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料。进一步优化的，步骤一中所述黏土为高岭土、蒙脱土和伊利石中的一种或多种。进一步优化的，步骤一中所述纳米纤维素A为微纤化纤维素、微晶化纤维素和细菌纤维素中的一种。进一步优化的，步骤一中，以重量份数计，所述黏土为90-95份，纳米纤维素A为5-10份；所述黏土、纳米纤维素A和水的混合液浓度为1-10mg/mL。进一步优化的，步骤一中所述机械处理包括超声波细胞粉碎机处理、高压均质机处理或高速分散均匀机处理，所述机械处理程度为：处理后单片层黏土的得率占黏土总量的20-50%。进一步优化的，步骤一中，所述离心处理的速度为4000—6000r/min，离心处理时间为20-40min；所述黏土剥离液的浓度为0.2-5mg/mL。进一步优化的，步骤二中所述纳米纤维素B为微纤化纤维素、微晶化纤维素和细菌纤维素中的一种。进一步优化的，步骤二中所述助剂为树脂、匀涂剂和表面活性剂中的一种或多种。进一步优化的，步骤二中，以重量份数计，所述纳米纤维素B为50-95份，黏土剥离液5-50份，助剂0-10份，所述黏土剥离液、纳米纤维素B和助剂的混合液浓度为5-10mg/mL。进一步优化的，步骤二中所述搅拌的速率为2000-20000r/min，搅拌的时间为30-60min。进一步优化的，步骤二中所述干燥为恒温恒湿干燥，干燥的温度为30-70℃，湿度为30-70%RH。由上述任一项所述制备方法制得的纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料。综上所述，本专利技术提供了一种纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料及其制备方法。所述纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料包括如下组分：纳米纤维素、黏土、助剂和水。所述制备方法为采用纳米纤维素A剥离黏土，将得到的黏土剥离液与纳米纤维素混合搅拌，干燥后得到所述纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料。本专利技术所制备的聚合物透明纳米复合材料在具有优异阻燃性、高强度、高模量、高气液阻隔性的同时，还赋予了质轻、环保、透光率高等特性。经测试，所制备的透明纳米复合材料厚度为77~83µm，750nm波长下透光率达到80%以上，有望取代部分传统透明材料，解决了现有技术方案原料不绿色环保、生产操作繁琐、黏土剥离程度低、复合材料透明度低以及综合成本高等缺陷。本专利技术技术方案使用来源丰富、可生物降解、机械性能优异、热稳定性高的纳米纤维素，利用其两亲特性，在机械作用下剥离黏土，利用一维纳米纤维素和二维片状纳米黏土独特的物理化学特性，制备出一种绿色、无毒、低廉、可再生、易降解的透明纳米复合材料，研究体系潜在适用范围广泛，能适用于具有类似纳米纤维素材料结构特点或物化特性的其他生物基材料，具有巨大的发展潜力和应用前景，有望取代部分传统透明材料，应用于产品包装、航空航天、汽车工业、军工产品、电子电器等领域。附图说明图1为本专利技术纳米纤维素剥离二维黏土的结构示意图。具体实施方式为了更详细说明本专利技术，下面结合实例对本专利技术提供的一种纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料及其制备方法，进行具体地描述。下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料及其制备方法，用于解决现有技术中，聚合物/黏土复合材料制备方法得到的产品，存在着原料不绿色环保、生产操作繁琐、黏土剥离程度低、复合材料透明度低以及综合成本高等缺陷。所述制备方法包括如下步骤：步骤一：将黏土90-95份、纳米纤维素A5-10份和水混合，得到浓度为1-10mg/mL的混合液，搅拌均匀后进行机械处理，处理后单片层黏土的得率占黏土总量的20-50%，在4000—6000r/min转速下离心处理20-40min，得到浓度为0.2-5mg/mL的黏土剥离液；步骤二：将纳米纤维素B50-95份，黏土剥离液5-50份和助剂0-10份混合，得到浓度为5-10mg/mL的混合液，在2000-20000r/min下搅拌处理30-60min，在温度为30-70℃，湿度为30-70%RH环境下经干燥处理得到纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料。本专利技术纳米纤维素A剥离二维黏土后的结构示意图如图1所示，由图1可知未处理前黏土为层状结构，剥离处理后，黏土被剥离为单片结构，加入纳米纤维素作为分散剂，利用纳米纤维素独特的物理化学特质，使得单片黏土保持分离状态。实施例1微纤化纤维素/蒙脱土透明纳米复合材料步骤一：将蒙脱土90份、微纤化纤维素A10份和水混合，得到浓度为5.5mg/mL的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将黏土、纳米纤维素A和水混合，搅拌均匀后机械处理、离心处理，得到黏土剥离液；步骤二：将黏土剥离液与纳米纤维素B、助剂混合，机械搅拌后，经干燥处理，得到所述纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将黏土、纳米纤维素A和水混合，搅拌均匀后机械处理、离心处理，得到黏土剥离液；步骤二：将黏土剥离液与纳米纤维素B、助剂混合，机械搅拌后，经干燥处理，得到所述纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的一种纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述黏土为高岭土、蒙脱土和伊利石中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述纳米纤维素A为微纤化纤维素、微晶化纤维素和细菌纤维素中的一种。4.根据权利要求1所述的一种纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，以重量份数计，所述黏土为90-95份，纳米纤维素A为5-10份；所述黏土、纳米纤维素A和水的混合液浓度为1-10mg/mL。5.根据权利要求1所述的一种纳米纤维素/黏土透明纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述机械处理包括超声波细胞粉碎机处理、高压均质机处理或高速分散均匀机处理，所述机械处理程度为：处理后单片层黏土的得率占黏土总量的20...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈港，明思逸，方志强，张俊奇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44