一种手性向列纳米纤维素‑还原氧化石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种手性向列纳米纤维素‑还原氧化石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的制备方法将手性向列纳米纤维素液晶相材料和还原氧化石墨烯水悬浮液混合后直接干燥成膜，不会对纳米纤维素的手性向列结构产生破坏，且步骤简单，原料丰富易得，成本低。本发明专利技术提供的复合薄膜不仅具有纳米纤维素的优良特性，还具有手性向列结构的光学特性和石墨烯的导电性。

A chiral nematic nano cellulose reduced graphene oxide composite film and preparation method and application thereof

The invention provides a chiral nematic nano cellulose reduced graphene oxide composite film and preparation method and application thereof. The invention provides a method for preparing the chiral nematic liquid crystal phase nano cellulose material and mixed reduction of graphene oxide suspension in water directly after the dry film, not on nano cellulose chiral nematic structure damage, which has the advantages of simple steps, abundant raw material, low cost. The composite film provided by the invention not only has excellent characteristics of nano cellulose, but also has the optical property of chiral nematic structure and the conductivity of graphene.

【技术实现步骤摘要】
一种手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用
本专利技术涉及复合材料的
，特别涉及一种手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
纳米纤维素(NCC)是自然界中最丰富的具有生物降解性的高分子材料，制造成本低廉，无毒无害，力学性能优异，具有巨大的比表面积、较好的热稳定性等优势，特别是NCC具有很高的杨氏模量和生物相容性，通过自身的蒸发诱导自组装形成手性向列型液晶相结构，可作为基体材料赋予了导电复合薄膜更多的形态特征。纳米纤维素和石墨烯组成的复合材料可以表现出独特的性能，近年来受到人们的广泛关注。目前制备纳米纤维素-石墨烯复合薄膜的方法很多，公开号为CN103937032A的中国专利中采用真空抽滤的方法，在流动场的存在下制备出了纤维素纳米晶石墨烯的彩色复合膜。公开号为CN105860143A的中国专利公开了一种柔性纳米纤维素-石墨烯复合膜及其制备方法，其中将氧化石墨烯分散液和纳米纤维素分散液超声后还原，得到纳米纤维素石墨烯的分散液，再通过离心脱气和真空抽滤得到复合膜。但是，目前制备纳米纤维素-石墨烯复合薄膜的方法操作较为复杂，且均会对纳米纤维素的手性向列结构产生一定的破坏，复合薄膜不能保留手性向列纳米纤维素的特殊性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用。本专利技术提供的制备方法不会对纳米纤维素的手性向列结构产生破坏，步骤简单，所得复合薄膜不仅具有纳米纤维素的优良特性，还具有手性向列结构的光学特性和石墨烯的导电性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：将纤维和硫酸混合进行水解反应，得到纳米纤维素悬浮液；将所述纳米纤维素悬浮液依次进行离心、透析和浓缩，得到手性向列纳米纤维素液晶相材料；将所述手性向列纳米纤维素液晶相材料和还原氧化石墨烯水悬浮液混合后干燥成膜，得到手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜。优选的，所述硫酸的质量浓度为90～98％；所述纤维的质量和硫酸的体积比为10～30g：100～200ml。优选的，所述水解反应的温度为30～70℃；水解反应的时间为1～3h。优选的，所述透析具体为将纳米纤维素悬浮液透析至pH值为6.5～7.5；所述浓缩具体为将纳米纤维素悬浮液的质量浓度浓缩至2～5％。优选的，所述还原氧化石墨烯水悬浮液的质量浓度为10～20％；所述手性向列纳米纤维素液晶相材料和还原氧化石墨烯水悬浮液的质量比为1～5：1～5。优选的，所述还原氧化石墨烯水悬浮液的制备方法包括以下步骤：将氧化石墨烯和还原剂在水中进行还原反应，得到含有还原氧化石墨烯的反应液；将所述含有还原氧化石墨烯的反应液离心至pH值为6.5～7.5，得到还原氧化石墨烯水悬浮液。优选的，所述还原剂为维生素C和/或茶多酚；所述氧化石墨烯和还原剂的质量比为0.1～0.5：0.3～1。本专利技术提供了上述方案任意一项所述制备方法制备的手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜。本专利技术提供了上述方案所述的手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜在导电材料中的应用。本专利技术提供了上述方案所述的手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜在湿敏指示材料中的应用。本专利技术提供了一种手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：将纤维和硫酸混合进行水解反应，得到含有纳米纤维素的反应液；将所述含有纳米纤维素的反应液依次进行离心、透析和浓缩，得到手性向列纳米纤维素液晶相材料；将所述手性向列纳米纤维素液晶相材料和还原氧化石墨烯水悬浮液混合后干燥成膜，得到手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜。本专利技术提供的制备方法将手性向列纳米纤维素液晶相材料和还原氧化石墨烯水悬浮液混合后直接干燥成膜，不会对纳米纤维素的手性向列结构产生破坏，且步骤简单，原料丰富易得，成本低。本专利技术还提供了上述方案任意一项所述制备方法制备的手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜。本专利技术提供的复合薄膜不仅具有纳米纤维素的优良特性，还具有手性向列结构的光学特性和石墨烯的导电性。实施例结果表明，本专利技术提供的复合薄膜中石墨烯含量为10wt％时，薄膜的电导率能够达到0.8s·m以上，导电性能优良；且本专利技术的复合薄膜具有纳米纤维素液晶相的虹彩特征，在不同的湿度条件下对光的响应不同，能够应用于湿敏指示材料中。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜的SEM图；图2为本专利技术实施例3不同还原氧化石墨烯含量的手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜的光学照片；图3为本专利技术实施例3不同还原氧化石墨烯含量的手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜的导电性；图4为本专利技术实施例3不同还原氧化石墨烯含量的手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜在不同相对湿度下的光谱变化图。具体实施方式本专利技术提供了一种手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：将纤维和硫酸混合进行水解反应，得到纳米纤维素悬浮液；将所述纳米纤维素悬浮液依次进行离心、透析和浓缩，得到手性向列纳米纤维素液晶相材料；将所述手性向列纳米纤维素液晶相材料和还原氧化石墨烯水悬浮液混合后干燥成膜，得到手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜。本专利技术将纤维和硫酸混合进行水解反应，得到纳米纤维素悬浮液。在本专利技术中，所述纤维优选为棉纤维、麻纤维或蚕丝纤维，更优选为棉纤维；所述硫酸的质量浓度优选为90～98％，更优选为93～95％；所述纤维的质量和硫酸的体积比优选为10～30g：100～200ml，更优选为20g：120～180ml。在本专利技术中，所述水解反应的温度优选为30～70℃，更优选为40～60℃；所述水解反应的时间优选为1～3h，更优选为1.5～2.5h；本专利技术优选在搅拌条件下进行水解反应，所述搅拌的速率优选为800～1000rpm，更优选为850～950rpm。达到反应时间后，本专利技术优选向水解反应液中加入水，使水解反应停止，得到纳米纤维素悬浮液。在本专利技术中，所述水的加入体积优选为硫酸体积的8～10倍，更优选为10倍。得到纳米纤维素悬浮液后，本专利技术将所述纳米纤维素悬浮液依次进行离心、透析和浓缩，得到手性向列纳米纤维素液晶相材料。在本专利技术中，所述离心前优选将纳米纤维素悬浮液静置后去除上层清液，然后将剩余浑浊层进行离心；所述静置的时间优选为10～24h，更优选为12～20h。在本专利技术中，所述离心的转速优选为4000～6000rpm，更优选为4500～5500rpm，最优选为5000rpm；所述离心的次数优选为3～4次；所述单次离心的时间优选为8～12min，更优选为9～11min，最优选为10min。本专利技术通过离心对纳米纤维素悬浮液中残留的硫酸进行初步洗涤，离心后所得悬浮液的pH值优选为2～3。离心后，本专利技术将离心所得悬浮液进行透析。在本专利技术中，所述透析的终点pH值优选为6.5～7.5，更优选为6.8～7.2，最优选为7.0；所述透析用透析膜的截留分子量优选为8000～12000，更优选为9000～11000；所述透析的时间优选为7～10天，更优选为8～9天。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手性向列纳米纤维素‑还原氧化石墨烯复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：将纤维和硫酸混合进行水解反应，得到纳米纤维素悬浮液；将所述纳米纤维素悬浮液依次进行离心、透析和浓缩，得到手性向列纳米纤维素液晶相材料；将所述手性向列纳米纤维素液晶相材料和还原氧化石墨烯水悬浮液混合，干燥成膜得到手性向列纳米纤维素‑还原氧化石墨烯复合薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：将纤维和硫酸混合进行水解反应，得到纳米纤维素悬浮液；将所述纳米纤维素悬浮液依次进行离心、透析和浓缩，得到手性向列纳米纤维素液晶相材料；将所述手性向列纳米纤维素液晶相材料和还原氧化石墨烯水悬浮液混合，干燥成膜得到手性向列纳米纤维素-还原氧化石墨烯复合薄膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸的质量浓度为90～98％；所述纤维的质量和硫酸的体积比为10～30g：100～200ml。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水解反应的温度为30～70℃；水解反应的时间为1～3h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述透析的终点pH值为6.5～7.5；所述浓缩具体为将纳米纤维素悬浮液的质量浓度浓缩至2～5％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，刘守新，马春慧，李坚，王思纯，罗沙，徐明聪，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23