一种纤维素纳米晶体基复合柔性虹彩膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种纤维素纳米晶体基复合柔性虹彩膜及其制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，按(1

【技术实现步骤摘要】
一种纤维素纳米晶体基复合柔性虹彩膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及CNC虹彩膜制备领域，具体为一种纤维素纳米晶体基复合柔性虹彩膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]纤维素纳米晶体(CNC)是一种来源于天然纤维素的绿色生物材料，它具有可持续、可生物降解、环境友好等特点。当CNC悬浮液达到一定的临界浓度时，可以自组装形成左手螺旋结构的液晶，这种独特的结构可以保留在干燥的薄膜中。分层结构和折射率的周期性调制可使CNC薄膜表现为光子晶体。CNC薄膜可以根据螺旋结构的螺距选择性地反射波长不同的光，呈现独特且不可复制的虹彩色。这些光学性质使得CNC虹彩膜被广泛研究并应用于传感器、装饰涂层、光学加密和防伪等方面。
[0003]由于高刚度的棒状CNC所形成的虹彩膜具有内在的固有脆性，限制了其应用领域和价值，因此近些年来已经出现了很多关于提高CNC膜的柔韧性的报道。最常见以及最简单的方法是在CNC悬液中加入添加物，比如聚合物(聚乙二醇、聚乙烯醇、水性聚氨酯等)，或加入小分子(甘油、山梨醇、乙二醇等)。然而，这些方法总是伴随着一些问题。比如添加物的加入会改变CNC螺旋结构的螺距，一些光亮的添加剂会影响CNC膜的颜色。因此，还没有一种简便的方法可以来提高CNC虹彩膜的柔性而不破坏其结构，不损失光学响应。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种纤维素纳米晶体基复合柔性虹彩膜及其制备方法，仅加入极少量的低共熔溶剂(尿素/氯化胆碱)在CNC悬浮液中就能改善CNC虹彩膜的脆性，并且同时不会破坏影响其螺旋结构，光学性能也保持稳定状态。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种纤维素纳米晶体基复合柔性虹彩膜的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1，按(1
‑
4)：(1
‑
2)摩尔比，将尿素和氯化胆碱溶解为粘稠状溶液；
[0008]步骤2，将粘稠状溶液和纤维素纳米晶体悬浮液混合均匀，粘稠状溶液的质量与纤维素纳米晶体悬浮液中纤维素纳米晶体质量的比值为(1
‑
1.5)
×
10
‑6，之后将所得的混合体系进行制膜，得到纤维素纳米晶体基复合柔性虹彩膜。
[0009]优选的，步骤1将尿素和氯化胆碱在95
‑
100℃下加热1
‑
1.5h，得到粘稠状溶液。
[0010]优选的，步骤2所述的纤维素纳米晶体悬浮液按如下过程得到：
[0011]将每3
‑
5g的微晶纤维素在80
‑
90mL质量分数为60％
‑
65％的硫酸溶液中进行水解，之后依次用去离子水稀释和透析，得到纤维素纳米晶体悬浮液。
[0012]进一步，微晶纤维素在45
‑
55℃所述的硫酸溶液中水解60
‑
70min。
[0013]再进一步，微晶纤维素水解后先用去离子水将所得的悬浮液稀释10
‑
11倍，再用去离子水透析所得的混合液5
‑
7天，直到透析液的pH为6.0
‑
7.0，得到纤维素纳米晶体悬浮液。
[0014]优选的，步骤2所述纤维素纳米晶体悬浮液的浓度为1.0％
‑
1.5％。
[0015]优选的，步骤2的混合体系先在300
‑
350W的功率下超声3
‑
5min，之后磁力搅拌，再进行制膜，得到纤维素纳米晶体基复合柔性虹彩膜。
[0016]进一步，所述的混合体系超声后磁力搅拌1
‑
1.5h再进行制膜。
[0017]再进一步，所述的混合体系依次超声、磁力搅拌后浇筑在培养皿上，室温下干燥4
‑
6天，得到纤维素纳米晶体基复合柔性虹彩膜。
[0018]一种由上述任意一项所述的纤维素纳米晶体基复合柔性虹彩膜的制备方法得到的纤维素纳米晶体基复合柔性虹彩膜。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0020]本专利技术一种纤维素纳米晶体基复合柔性虹彩膜的制备方法，选用了尿素和氯化胆碱以不同摩尔比混合制备得到低共熔溶剂，将其和纤维素纳米晶体悬浮液混合均匀，并且低共熔溶剂含量仅与纤维素纳米晶体质量的比值为(1
‑
1.5)
×
10
‑6，之后将所得的混合体系进行制膜，即可得到纤维素纳米晶体基复合柔性虹彩膜。尿素(urea)与氯化胆碱(ChCl)形成的低共熔溶剂(DES)作为一种新型绿色增塑剂，因其廉价、易制备和无需纯化而受到广泛关注。低共熔溶剂是一种由氢键受体(如季铵盐)和氢键供体(如酰胺、羧酸、多元醇)组成的二元或三元共晶混合物，其兼具离子液体和有机溶剂的特性，在CNC悬浮液中极低加入量的低共熔溶剂是一种绿色环保且成本低廉的增塑剂。在混合溶液中DES和CNC之间没有发生化学反应，是以电荷作用力和氢键两种力相互交叉形成网络结构，并且当CNC与DES混合时的尿素/氯化胆碱的摩尔比为2:1时形成的作用力最强，其CNC/DES薄膜表现出最好的光学和力学性能。
附图说明
[0021]图1a为本专利技术所述CNC与低共熔溶剂的作用机理图。
[0022]图1b为本专利技术所述CNC与低共熔溶剂形成的作用力示意图。
[0023]图1c为本专利技术所述低共熔溶剂的组成示意图。
[0024]图2为尿素的1HNMR谱图。
[0025]图3为氯化胆碱的1HNMR谱图。
[0026]图4为本专利技术实施例1所述尿素/氯化胆碱摩尔比为1:2下的1HNMR谱图。
[0027]图5为本专利技术实施例2所述尿素/氯化胆碱摩尔比为1:1下的1HNMR谱图。
[0028]图6为本专利技术实施例3所述尿素/氯化胆碱摩尔比为2:1下的1HNMR谱图。
[0029]图7为本专利技术实施例4所述尿素/氯化胆碱摩尔比为4:1下的1HNMR谱图。
[0030]图8为本专利技术实施例1所述CNC和CNC/DES混合悬浮液的Zeta电位、粒子尺寸和PDI数据。
[0031]图9为纯CNC膜的实物照片。
[0032]图10为本专利技术实施例1所述CNC/DES1的实物照片。
[0033]图11为本专利技术实施例1所述CNC/DES2的实物照片。
[0034]图12为本专利技术实施例1所述CNC/DES3的实物照片。
[0035]图13为本专利技术实施例1所述CNC/DES4的实物照片。
[0036]图14为纯CNC虹彩膜的POM图像，插入的照片是在红色方块标记位置处的高放大倍数图像。
[0037]图15为本专利技术实施例1所述CNC/DES1虹彩膜的POM图像，插入的照片是在红色方块标记位置处的高放大倍数图像。
[0038]图16为本专利技术实施例1所述CNC/DES2虹彩膜的POM图像，插入的照片是在红色本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维素纳米晶体基复合柔性虹彩膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，按(1
‑
4)：(1
‑
2)摩尔比，将尿素和氯化胆碱溶解为粘稠状溶液；步骤2，将粘稠状溶液和纤维素纳米晶体悬浮液混合均匀，粘稠状溶液的质量与纤维素纳米晶体悬浮液中纤维素纳米晶体质量的比值为(1
‑
1.5)
×
10
‑6，之后将所得的混合体系进行制膜，得到纤维素纳米晶体基复合柔性虹彩膜。2.根据权利要求1所述的纤维素纳米晶体基复合柔性虹彩膜的制备方法，其特征在于，步骤1将尿素和氯化胆碱在95
‑
100℃下加热1
‑
1.5h，得到粘稠状溶液。3.根据权利要求1所述的纤维素纳米晶体基复合柔性虹彩膜的制备方法，其特征在于，步骤2所述的纤维素纳米晶体悬浮液按如下过程得到：将每3
‑
5g的微晶纤维素在80
‑
90mL质量分数为60％
‑
65％的硫酸溶液中进行水解，之后依次用去离子水稀释和透析，得到纤维素纳米晶体悬浮液。4.根据权利要求3所述的纤维素纳米晶体基复合柔性虹彩膜的制备方法，其特征在于，微晶纤维素在45
‑
55℃所述的硫酸溶液中水解60
‑
70min。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：林涛，魏潇瑶，殷学风，杜恒丽，王乐，张聪，蔡雪，吴晓禹，蔺家成，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：