一种全天然纤维素基离子凝胶材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及离子凝胶技术领域，尤其涉及一种全天然纤维素基离子凝胶材料及其制备方法与应用。本发明专利技术的制备方法包括步骤：将生物质材料在亚氯酸钠水溶液中加热处理，得到纤维素；将离子液体涂覆在所述纤维素上，在预定温度下加热使得所述纤维素原位溶解，然后冷却至室温使得所述纤维素自组装，得到全天然纤维素基离子凝胶材料。本发明专利技术提供的制备方法工艺简单，无需有毒有害有机溶剂。采用本发明专利技术的制备方法制备得到的全天然纤维素基离子凝胶材料具有柔韧、高透明和高离子导电性，可实现人体多种运动的检测和环境温度、湿度的检测，还将有望应用于多种柔性电子器件，包括超级电容器，柔性电池、摩擦纳米发电机以及柔性热电器件等。件等。件等。

【技术实现步骤摘要】
一种全天然纤维素基离子凝胶材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及离子凝胶
，尤其涉及一种全天然纤维素基离子凝胶材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着人类社会的发展，大量不可再生的化石燃料及其衍生物的使用引发了各种环境问题，而将可持续可再生的生物质材料用来替换化石产品是最佳应对之策。目前，柔性且具有较高机械强度的离子凝胶材料已被广泛应用于高性能柔性电子器件的制备与研究，但运用最多的还是人工合成的高分子材料(最常见的包括丙烯酸和丙烯酰胺)。如果用天然高分子材料作为凝胶的骨架材料，用于替代人工合成的材料，将有利于减少不可再生材料使用带来的环境问题。纤维素作为自然界中储量最大的天然高分子材料早就成为国内外专家的重要研究对象，但主要以纳米纤维素为研究对象。纳米纤维素的制备过程复杂，且制备过程中需要用到的试剂有毒且昂贵，不利于大规模生产。
[0003]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0004]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种全天然纤维素基离子凝胶材料及其制备方法与应用，旨在解决现有离子凝胶材料采用人工合成的高分子材料作为凝胶的骨架材料所带来的环境问题。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]本专利技术的第一方面，提供一种全天然纤维素基离子凝胶材料的制备方法，其中，包括步骤：
[0007]将生物质材料在亚氯酸钠水溶液中加热处理，得到纤维素；
[0008]将离子液体涂覆在所述纤维素上，加热使得所述纤维素原位溶解，然后冷却至室温使得所述纤维素自组装，得到全天然纤维素基离子凝胶材料。
[0009]可选地，所述生物质材料选自废弃木材、竹材、草木秸秆中的一种或多种。
[0010]可选地，所述生物质材料为废弃木材。
[0011]可选地，所述生物质材料与亚氯酸钠的质量比为1：(1
‑
10)。
[0012]可选地，所述亚氯酸钠水溶液为经pH调节后的亚氯酸钠水溶液，所述亚氯酸钠水溶液的pH为2
‑
6。
[0013]可选地，所述加热处理的温度为50
‑
150℃，所述加热处理的时间为1
‑
100h。
[0014]可选地，所述将离子液体涂覆在所述纤维素上的步骤中，所述离子液体与所述纤维素的质量比为(8
‑
10):1。
[0015]可选地，所述加热使得所述纤维素原位溶解的步骤中，所述加热的温度为50
‑
100℃，所述加热的时间为1
‑
100h。
[0016]本专利技术的第二方面，提供一种全天然纤维素基离子凝胶材料，其中，所述全天然纤
维素基离子凝胶材料主要由纤维素骨架和可离子导电的离子液体构成；
[0017]所述全天然纤维素基离子凝胶材料采用本专利技术所述的制备方法制备得到。
[0018]本专利技术的第三方面，提供一种本专利技术所述的全天然纤维素基离子凝胶材料用作传感材料在环境温度和湿度检测方面的应用。
[0019]有益效果：本专利技术提供了一种全天然纤维素基离子凝胶材料及其制备方法与应用。现有技术中，制备离子凝胶材料时，主要以不可再生的人工合成高分子材料为主，这些高分子材料主要来源于石化材料，会造成一系列的环境问题。然而，本专利技术将生物质材料(如废弃木材等)通过脱木质素、原位溶解与自组装等过程转化为高附加值的离子凝胶材料，不但可以实现木材废弃物等生物质材料的高附加值利用，还能解决生物质材料引起的空间占用和资源浪费问题，更加符合绿色可持续发展的理念。与现有技术相比，本专利技术提供的制备方法工艺简单，无需有毒有害有机溶剂。此外，本专利技术提供的制备方法成本低廉、无需复杂设备、条件温和、稳定性好，绿色环保，可批量大规模生产。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1中全天然纤维素基离子凝胶材料的制备流程图。
[0021]图2为本专利技术实施例1中巴沙木板光学照片。
[0022]图3为本专利技术实施例1中脱木质素的巴沙木板光学照片。
[0023]图4为本专利技术实施例1中全天然纤维素基离子凝胶材料光学照片。
[0024]图5为本专利技术实施例2中全天然纤维素基离子凝胶材料用作环境温度传感器。
[0025]图6为本专利技术实施例2中全天然纤维素基离子凝胶材料用作环境湿度传感器。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供一种全天然纤维素基离子凝胶材料及其制备方法与应用，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0027]本专利技术实施例提供一种全天然纤维素基离子凝胶材料的制备方法，其中，包括步骤：
[0028]S1、将生物质材料在亚氯酸钠水溶液中加热处理，得到纤维素；
[0029]S2、将离子液体涂覆在所述纤维素上，在预定温度下加热使得所述纤维素原位溶解，然后冷却至室温使得所述纤维素自组装，得到全天然纤维素基离子凝胶材料。
[0030]本实施例中，将生物质材料在亚氯酸钠水溶液中加热处理，得到完全脱木质素的生物质材料(即纤维素)；然后将一定量的离子液体涂覆(可以采用均匀滴涂的方式)在完全脱除木质素的生物质材料上，通过一定温度的加热处理实现纤维素的原位溶解，将其在一定湿度条件下(一般RH 50wt％即可)冷却至室温实现纤维素分子的自组装，得到全天然纤维素基离子凝胶材料。在一定湿度条件下，水分子进入纤维素
‑
离子液体体系中会与纤维素分子形成氢键，促进纤维素链自组装，进而形成凝胶材料。
[0031]本实施例中，通过将离子液体涂覆在完全脱除木质素的生物质材料上，实现纤维素的原位溶解。然而现有通常是直接将纤维素溶解于离子液体中，该搅拌溶解过程中会形成大量气泡，需要高温抽真空去除，且所形成的纤维素溶液粘度较高，在常温下可操作性
差。本实施例采用原位溶解的方法，有效避免了这些弊端。
[0032]本实施例中，所述生物质材料具有可再生、可生物降解、机械性能优异的特性，所述亚氯酸钠水溶液能够完全脱除生物质材料中的木质素，提高所述木材的可设计性和应用性，所述离子液体为纤维素的绿色溶剂，可以实现纤维素的原位溶解，同时离子液体具有离子导电性，两者综合作用，赋予所述全天然纤维素基离子凝胶材料良好的透明性，良好的机械强度和离子导电性，也就是说所述全天然纤维素基离子凝胶材料具有良好的透明性，良好的机械强度和离子导电性。再加之，所述全天然纤维素基离子凝胶材料具有良好的自修复性能和抗冻性能，进一步提高了所述全天然纤维素基离子凝胶材料的可重复利用性和在恶劣环境下的实用性。这使得所述全天然纤维素基离子凝胶材料可以作为电子皮肤的传感组件，可实现对人体各种活动及环境温湿度的实时监测。
[0033]现有技术中，制备离子凝胶材料时，主要以不可再生的人工合成高分子材料为主，这些高分子材料主要来源于石化材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全天然纤维素基离子凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：将生物质材料在亚氯酸钠水溶液中加热处理，得到纤维素；将离子液体涂覆在所述纤维素上，加热使得所述纤维素原位溶解，然后冷却至室温使得所述纤维素自组装，得到全天然纤维素基离子凝胶材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物质材料选自废弃木材、竹材、草木秸秆中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述生物质材料为废弃木材。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物质材料与亚氯酸钠的质量比为1：(1
‑
10)。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述亚氯酸钠水溶液为经pH调节后的亚氯酸钠水溶液，所述亚氯酸钠水溶液的pH为2
‑
6。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热处理的温度为50
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴栋，张嘉恒，王密，喻文，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：