一种层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多孔复合材料，特别涉及一种层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料及其制备方法。本发明专利技术以纤维素、层状双金属氢氧化物、海泡石或玻璃纤维为原料，该材料是通过直接共混法，‑30℃±5℃条件下经冻融操作，在纤维素溶液中均匀分散层状双金属氢氧化物，选择性加入海泡石或玻璃纤维，混合液在涂布、凝胶化后通过冷冻干燥或超临界干燥处理，或直接采用静电纺丝成型最终可得到的海绵状、膜状或无纺布形态且机械性能可调的层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料。该材料制备简单、污染少，所使用原材料均为环保材料，可在一定程度内调节材料机械性能，使之可硬可韧。

Layered double hydroxides / cellulose porous composite material and preparation method thereof

The invention relates to a porous composite material, in particular to a layered bimetallic hydroxide/cellulose porous composite material and a preparation method thereof. The invention uses cellulose, layered double hydroxides, sepiolite or glass fiber as raw materials, and the material is uniformly dispersed by means of direct blending method at 30 degrees C and 5 degrees centigrade by freezing and thawing. The layered double metal hydroxide is uniformly dispersed in cellulose solution, and sepiolite or glass fiber is added selectively, and the mixture is applied to coating and gelling. Laminated bimetal hydroxide/cellulose porous composites with spongy, membrane or non-woven morphology and adjustable mechanical properties can be obtained by freeze-drying or supercritical drying or by electrospinning. The material has the advantages of simple preparation and less pollution. The raw materials used are all environmentally friendly materials. The mechanical properties of the material can be adjusted to a certain extent to make it hard and tough.

【技术实现步骤摘要】
一种层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种多孔复合材料，特别涉及一种层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料及其制备方法，属于新材料

技术介绍
纤维素是地球上储量最多的可再生资源，具有来源广泛、经济、可降解、吸湿放湿性佳、易化学改性等特点，常被用于纺织服装、家具家装等领域中，用途广泛。经再生后形成的多孔纤维素材料常存在机械性能变差的问题，而常规的机械性能增强方法常常会影响材料的其他性能，影响材料的进一步应用，因此亟需寻找一种有效增强材料机械性能同时不影响材料其他性能的途径。层状双金属氢氧化物(LayerDoubleHydroxides,LDHs)是一种类水滑石结构的多金属氢氧化物，羟基上的氧原子构成正八面体结构，体心为二价或三价金属阳离子，正八面体间相互紧密排列形成带正电的金属离子层，层间可插层多种阴离子，该结构具有一定的记忆性，阴离子可调，可用于阻燃、增强、光电化学、生物医药、吸附分离等领域。将层状双金属氢氧化物与纤维素混合后，可赋予材料多种层状双金属氢氧化物功能属性，达到在增强材料机械性能的同时不影响材料其他性能的目的。
技术实现思路
本专利技术提供一种层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料，该材料呈现状态多样、机械性能可调。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料，该材料是通过直接共混法，-30℃±5℃条件下经冻融操作，在纤维素溶液中均匀分散层状双金属氢氧化物，选择性加入海泡石或玻璃纤维，混合液在涂布、凝胶化后通过冷冻干燥或超临界干燥处理，或直接采用静电纺丝成型最终可得到的海绵状、膜状或无纺布形态且机械性能可调的层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料；其中纤维素、层状双金属氢氧化物、交联剂、碱性水溶液、海泡石或玻璃纤维的质量百分比为：纤维素：3～7％，碱性水溶液：93～97％，其中以纤维素和碱性水溶液的总重量为100％计，层状双金属氢氧化物为0.5％～40.0％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺(交联剂)：0.8～1.2％，海泡石或玻璃纤维为0～10％。本专利技术利用层状双金属氢氧化物颗粒在碱溶液中可稳定存在的特性，采用一步溶解分散法在纤维素海绵体中添加层状双金属氢氧化物并形成多孔复合材料，并可以海绵体、膜状、无纺布形态等新的形态出现。经共一步分散溶解法和干燥的相分离过程，层状双金属氢氧化物颗粒最终均匀分散于纤维素交联网络结构中，且附着于表面的层状双金属氢氧化物纳米颗粒不易脱落。通过调节玻璃纤维或海泡石的存在，可控制材料变得更为坚硬或柔韧。本专利技术是将原料纤维素、层状双金属氢氧化物、海泡石或玻璃纤维按一定比例混合并冻融，高速搅拌后得层状双金属氢氧化物、海泡石或玻璃纤维均匀分散的纤维素混合液。在纤维素溶液中添加一定量的交联剂后通过高速搅拌、超声分散使交联剂溶解，将溶液倒模、涂布后通过冷冻干燥、超临界干燥得到层状双金属氢氧化物/纤维素复合海绵体材料、膜材料；或通过静电纺丝后得层状双金属氢氧化物/纤维素复合无纺布。所述的层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料中，层状双金属氢氧化物在纤维素交联网络中均匀分散，材料整体呈现形态多样，机械性可调控，材料加工过程工艺流程短。本专利技术中，纤维素浓度为2％时(不含除纤维素与碱性溶液外其他物质)，当纤维素溶液质量为100g时，添加交联剂1.8g最佳；3％时，1.6最佳；4％时，1.2g最佳；5％时，1.0g；6％时，0.9g；7％时，0.8g。作为优选，所述的纤维素采用纤维素粉、细菌纤维素、脱脂棉、木浆粕或棉浆粕中的一种。作为优选，所述的层状双金属氢氧化物选自金属离子为Ca2+、Mg2+、Cd2+、Al3+、Fe3+组合的层状双金属氢氧化物中的一种或多种。作为优选，碱性水溶液的制备方法是NaOH7g和水81g混合，待NaOH溶解并溶液冷却后添加尿素12g。作为优选，所述的纤维素含量为：5～7％。在制备无纺布时，纤维素浓度过低是无法纺丝的，静电纺丝时纤维素浓度控制在5～7％适宜。一种所述的层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)纤维素溶解液的制备：将权利要求1所述的原料混合，在-30℃±5℃的温度下冻融1～2h，然后在室温下搅拌充分形成层状双金属氢氧化物均匀分散的纤维素溶液，在该溶液中添加交联剂，搅拌、超声分散使交联剂均匀分散并溶解，得到混合溶解液；(2)层状双金属氢氧化物/纤维素复合海绵体的制备：将步骤(1)中混合溶解液于容器中倒模，静置12～36h后形成层状双金属氢氧化物/纤维素复合水凝胶，该水凝胶在进行充分的水-溶液置换后取出凝胶并吸干表面水分，平铺于-80℃～-50℃环境中预冷冻1～2h，随后在冷冻干燥机中干燥48h以上直至凝胶完全干燥即得到表面平整的层状双金属氢氧化物/纤维素复合海绵体；或该水凝胶在乙醇溶液中进行充分的乙醇-溶液置换至形成醇凝胶，并进行超临界干燥即得层状双金属氢氧化物/纤维素复合海绵体。水-溶液置换的要求是：在水中持续置换6h以上后且浸出液pH＝7。一种所述的层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)纤维素溶解液的制备：将权利要求1所述的原料混合，在-30℃±5℃的温度下冻融1～2h，然后在室温下搅拌充分形成层状双金属氢氧化物均匀分散的纤维素溶液，在该溶液中添加交联剂，搅拌、超声分散使交联剂均匀分散并溶解，得到混合溶解液；(2)层状双金属氢氧化物/纤维素复合膜的制备：取步骤(1)得到的混合溶解液涂布成膜或于容器中倒模并控制液高≤2mm，静置12～36h后形成水凝胶，该水凝胶在进行充分的水-溶液置后，以液氮或-80℃～-50℃环境中进行少于1h的短时预冷冻，然后再于冷冻干燥机中进行冷冻干燥48h以上直至凝胶完全干燥成海绵体，即得层状双金属氢氧化物/纤维素复合多孔膜；或者是，该水凝胶在乙醇溶液中进行充分的乙醇-溶液置换至形成醇凝胶，并进行超临界干燥，得层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合膜。上述方法中，水凝胶的厚度一般在1至2.5cm左右。一种所述的层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)纤维素溶解液的制备：将权利要求1所述的原料混合，在-30℃±5℃的温度下冻融1～2h，然后在室温下搅拌充分形成层状双金属氢氧化物均匀分散的纤维素溶液，在该溶液中添加交联剂，搅拌、超声分散使交联剂均匀分散并溶解，得到混合溶解液；(2)层状双金属氢氧化物/纤维素复合无纺布的制备：取步骤(1)中均匀且无未溶大颗粒的混合纤维素溶液，静置以去除内部气泡，利用高压雾化作用在静电纺丝仪中喷射成层状双金属氢氧化物/纤维素无纺布。作为优选，静电纺丝是在15～17kV电压下进行。作为优选，步骤(1)中，按每50g纤维素溶液计，交联剂的添加量为0.8g～0.9g。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术所述的材料制备简单、污染少，所使用原材料均为环保材料，层状双金属氢氧化物的存在不影响纤维素本身性能，在赋予材料层状双金属氢氧化物的多种功能属性的同时增强了材料机械强度；而海泡石或玻璃纤维的存在则可在一定程度内调节材料机械性能，使之可硬可韧。2、本专利技术所述的制备方法共混工艺流程短，操作便捷，制备过程无有毒物质释放，绿色环保；同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料，其特征在于：该材料是通过直接共混法，‑30℃±5℃条件下经冻融操作，在纤维素溶液中均匀分散层状双金属氢氧化物，选择性加入海泡石或玻璃纤维，混合液在涂布、凝胶化后通过冷冻干燥或超临界干燥处理，或直接采用静电纺丝成型最终可得到的海绵状、膜状或无纺布形态且机械性能可调的层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料；其中纤维素、层状双金属氢氧化物、交联剂、碱性水溶液、海泡石或玻璃纤维的质量百分比为：纤维素：3~7%，碱性水溶液：93~97%，其中以纤维素和碱性水溶液的总重量为100%计，层状双金属氢氧化物为0.5 %~40.0 %，N,N‑亚甲基双丙烯酰胺(交联剂)：0.8~1.2%，海泡石或玻璃纤维为0~10 %。

【技术特征摘要】
1.一种层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料，其特征在于：该材料是通过直接共混法，-30℃±5℃条件下经冻融操作，在纤维素溶液中均匀分散层状双金属氢氧化物，选择性加入海泡石或玻璃纤维，混合液在涂布、凝胶化后通过冷冻干燥或超临界干燥处理，或直接采用静电纺丝成型最终可得到的海绵状、膜状或无纺布形态且机械性能可调的层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料；其中纤维素、层状双金属氢氧化物、交联剂、碱性水溶液、海泡石或玻璃纤维的质量百分比为：纤维素：3~7%，碱性水溶液：93~97%，其中以纤维素和碱性水溶液的总重量为100%计，层状双金属氢氧化物为0.5%~40.0%，N,N-亚甲基双丙烯酰胺(交联剂)：0.8~1.2%，海泡石或玻璃纤维为0~10%。2.根据权利要求1所述的层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料，其特征在于：所述的纤维素采用纤维素粉、细菌纤维素、脱脂棉、木浆粕或棉浆粕中的一种。3.根据权利要求1所述的层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料，其特征在于：所述的层状双金属氢氧化物选自金属离子为Ca2+、Mg2+、Cd2+、Al3+、Fe3+组合的层状双金属氢氧化物中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料，其特征在于：碱性水溶液的制备方法是NaOH7g和水81g混合，待NaOH溶解并溶液冷却后添加尿素12g。5.根据权利要求1所述的层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料，其特征在于所述的纤维素含量为：2~4%。6.一种权利要求1所述的层状双金属氢氧化物/纤维素多孔复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：(1)纤维素溶解液的制备：将权利要求1所述的原料混合，在-30℃±5℃的温度下冻融1~2h，然后在室温下搅拌充分形成层状双金属氢氧化物均匀分散的纤维素溶液，在该溶液中添加交联剂，搅拌、超声分散使交联剂均匀分散并溶解，得到混合溶解液；(2)层状双金属氢氧化物/纤维素复合海绵体的制备：将步骤(1)中混合溶解液于容器中倒模，静置12~36h后形成层状双金属氢氧化物/纤维素复合水凝胶，该水凝胶在进行充分的水-溶液置换后取出凝胶并吸干表面水...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘琳，骆晓蕾，李震，姚菊明，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33