改性纤维素衍生物、其制备方法、感湿材料组合物以及感湿膜技术

本发明专利技术公开了改性纤维素衍生物的制备方法、由该方法制得的改性纤维素衍生物、含有该改性纤维素衍生物的感湿材料组合物以及由该感湿材料组合物形成的感湿膜。改性纤维素衍生物的制备方法，包括：S1.将含有羟基的纤维素衍生物与第一溶剂混合均匀后，加入三乙胺，混合均匀，得到含有羟基的纤维素衍生物溶液；S2.将反应温度设为

【技术实现步骤摘要】
改性纤维素衍生物、其制备方法、感湿材料组合物以及感湿膜


[0001]本专利技术涉及传感器
，具体地，涉及改性纤维素衍生物、其制备方法、感湿材料组合物以及感湿膜。

技术介绍

[0002]湿度，是指水蒸气在空气中的含量，与我们的生活息息相关。湿度已被广泛地应用在农业、气候监测、精密仪器的使用和保护、生物医疗、工业生产和日常生活中皮肤湿度监测等领域中。
[0003]理想的湿度传感器具有灵敏度高、响应快、长期稳定性好、湿滞回差小、重复性好、成本低、可批量生产、容易集成化等特点，其中工艺、结构、敏感材料是提升传感器性能最主要的途径，相比于工艺、结构设计等较为固定的现有模式，对感湿材料的改进变得更加重要。
[0004]湿度传感器根据湿敏材料性质不同分为电解质型、半导体与陶瓷型、高分子聚合物型，其中有机高分子湿度传感器虽然研究起步较晚，但该类湿度传感器具有响应快，稳定性高的优点，已成为该领域的研究热点，研究热点方向主要包括聚酰亚胺，聚乙炔苯，聚砜，等离子聚合聚乙烯，线性交联等离子聚合聚甲基丙烯酸甲酯等高分子湿敏材料，这些湿敏材料来源丰富，同时具有易于制备和加工，并且可以通过分子结构的改性，获得不同的物理化学性能。
[0005]相对于上述的高分子湿敏材料而言，纤维素作为最丰富的天然多糖，是开发绿色湿度传感器的优良材料，与其他成分(包括碳材料和聚合物)结合，纤维素及其衍生物可用于设计满足各种应用需求的高性能湿度传感器，在缓解过度使用化石燃料和合成材料对环境的影响方面发挥着至关重要的作用。纤维素及其衍生物的感湿原理主要其含有的
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OH、
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COOH基团对水蒸气具有敏感作用。例如，醋酸丁酸纤维素(CAB)材料是纤维中的
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OH被醋酸和丁酸所酯化的产物，它的感湿原理主要是靠未被酯化的
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OH基对水蒸气分子的敏感作用，所以它的湿敏特性高湿段斜率特别大，且变大的程度和
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OH基含量有关。但是醋酸纤维素湿度传感器及其它类纤维衍生物类湿度传感器长期以来存在滞后大、线性度差、对有机蒸气耐久性短、长期稳定性差的问题，从而限制了其在传感器上的应用。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种改性纤维素衍生物的制备方法、由该方法制得的改性纤维素衍生物、由该改性纤维素衍生物为主要成分的感湿材料组合物以及由该感湿材料组合物形成的感湿膜。采用本专利技术获得的改性纤维素衍生物可制备出湿滞低、耐溶剂性佳、在高湿环境下稳定性佳的感湿膜，含有该感湿膜的湿度传感器性能优异，应用场景广泛。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种改性纤维素衍生物，所述改性纤维素衍生物的制备原料包括：含有羟基的纤
维素衍生物、缚酸剂和不饱和酰氯。
[0009]优选地，所述含有羟基的纤维素衍生物与所述不饱和酰氯之间的质量比为(10～20)：(1～3)。
[0010]优选地，所述缚酸剂与含有羟基的纤维素衍生物之间的质量比为(2～5)：(10～20)。
[0011]优选地，所述制备原料还包括第一溶剂。
[0012]优选地，所述含有羟基的纤维素衍生物与第一溶剂之间的质量比为(10～20)：(50～80)。
[0013]优选地，所述含有羟基的纤维素衍生物为羟乙基纤维素、乙基纤维素、羟丙基纤维素和醋酸丁酸纤维素中的一种或几种。
[0014]优选地，所述不饱和酰氯为甲基丙烯酰氯、丙烯酰氯、肉桂酰氯、对氟肉桂酰氯、间三氟甲基肉桂酰氯、3
‑
(2
‑
三氟甲基
‑
苯基)
‑
丙烯酰氯、2
‑
氟丙烯酰氯中的一种或几种。
[0015]进一步优选地，所述不饱和酰氯为含氟基团的不饱和酰氯。
[0016]优选地，所述缚酸剂为三乙胺、吡啶、三甲胺中的一种或几种。
[0017]优选地，所述第一溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、氯仿中的一种或几种。
[0018]一种上述的改性纤维素衍生物的制备方法，包括如下步骤：
[0019]S1.将含有羟基的纤维素衍生物与第一溶剂混合均匀后，加入三乙胺，混合均匀，得到含有羟基的纤维素衍生物溶液；
[0020]S2.将反应温度设为
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20～0℃后，将不饱和酰氯滴加至所述含有羟基的纤维素衍生物溶液中进行反应，滴加完毕后，将反应温度调节至20℃～25℃，继续进行反应，反应结束后，将得到的反应产物进行干燥，得到含有双键的改性纤维素衍生物。
[0021]优选地，步骤S2中，将温度调节至20℃～25℃后，反应的时间为12～24h。
[0022]优选地，步骤S1中，所述混合的温度为60
‑
100℃。
[0023]一种感湿材料组合物，包含上述的改性纤维素衍生物、含双键单体、光引发剂和第二溶剂。
[0024]优选地，所述改性纤维素衍生物、含双键单体、光引发剂和第二溶剂之间的质量比为(5～15)：(1～3)：(1～2)：(20～40)。
[0025]优选地，所述含双键单体为含稠环乙烯基单体。
[0026]一种感湿膜，由上述的感湿材料组合物形成得到。
[0027]优选地，所述感湿膜的形成方法为：将所述感湿材料组合物涂布于基底上后，先进行紫外光照射，再采用程序升温方式进行干燥，得到感湿膜；所述程序升温方式具体为：将温度从室温升至80℃，并在80℃下保温0.5h；再将温度从80℃升至100℃，并在100℃下保温1h；最后将温度从100升至140℃，并在140℃下保温1h；其中，升温速率1℃/min。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0029]1、本专利技术一方面通过不饱和酰氯试剂，在纤维素衍生物结构中引入双键基团，再通过引入萘环(或蒽环)双键单体结构，与含双键的纤维素衍生物在紫外光引发下双键断裂，三聚成环形成交联结构，交联结构的引入提高了纤维素感衍生物湿薄膜在高湿下的稳定性，另一方面引入含氟基团的苯环结构，有利于提高感湿薄膜的疏水性，从而降低感湿膜
的湿滞。
[0030]2、采用本专利技术获得的感湿薄膜制备的电容式湿度传感器在10％
‑
90％RH范围内，传感器的电容随相对湿度变化呈现线性规律变化(R2＝0.99)，对于温度的依赖性较小，在高湿环境中放置半年，传感器的漂移量≤2％RH。
[0031]3、本专利技术成功制备了基于纤维素衍生物的交联感湿薄膜，将该感湿薄膜放置常见气体的饱和蒸汽24h后，交联型醋酸纤维素湿敏元件的湿敏特性几乎没有受到影响，从而解决了纤维素衍生物感湿膜薄膜不耐溶剂的问题。
附图说明
[0032]图1为本专利技术实施例中的传感器D1、传感器D2和传感器D5对应的电容值与相对湿度的关系曲线图。
[0033]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性纤维素衍生物，其特征在于，所述改性纤维素衍生物的制备原料包括：含有羟基的纤维素衍生物、缚酸剂和不饱和酰氯。2.根据权利要求1所述的改性纤维素衍生物，其特征在于，所述含有羟基的纤维素衍生物与所述不饱和酰氯之间的质量比为(10～20)：(1～3)；所述缚酸剂与含有羟基的纤维素衍生物之间的质量比为(2～5)：(10～20)。3.根据权利要求1或2所述的改性纤维素衍生物，其特征在于，所述制备原料还包括第一溶剂；所述含有羟基的纤维素衍生物与第一溶剂之间的质量比为(10～20)：(50～80)。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的改性纤维素衍生物，其特征在于，所述含有羟基的纤维素衍生物为羟乙基纤维素、乙基纤维素、羟丙基纤维素和醋酸丁酸纤维素中的一种或几种；所述不饱和酰氯为甲基丙烯酰氯、丙烯酰氯、肉桂酰氯、对氟肉桂酰氯、间三氟甲基肉桂酰氯、3
‑
(2
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三氟甲基
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苯基)
‑
丙烯酰氯、2
‑
氟丙烯酰氯中的一种或几种；或所述不饱和酰氯为含氟基团的不饱和酰氯；所述缚酸剂为三乙胺、吡啶、三甲胺中的一种或几种；所述第一溶剂为N
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甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、氯仿中的一种或几种。5.一种如权利要求3或4任一项所述的改性纤维素衍生物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将含有羟基的纤维素衍生物与第一溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宾，李婷，朱瑞，庄磊，陈善任，邱国财，傅凯强，
申请(专利权)人：广州奥松电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：