一种具有虹彩色湿度指示与润湿书写功能的纤维素纳米晶体薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种具有虹彩色湿度指示与润湿书写功能的纤维素纳米晶体薄膜及其制备方法和应用，属于纤维素膜制备技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种具有虹彩色湿度指示与润湿书写功能的纤维素纳米晶体薄膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纤维素膜制备
，具体涉及一种具有虹彩色湿度指示与润湿书写功能的纤维素纳米晶体薄膜及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]纤维素是木质纤维生物质的主要组成部分，是地球上最丰富的可再生绿色资源
。
其主要来源于棉花
、
木材或禾本科植物细胞壁中，并呈现出多层级排列的聚集态结构，以及包含有序结晶区和无序非结晶区的两相结构
。
纤维素独特的结构特点赋予其巨大的应用潜能
。
[0003]纤维素作为植物的结构主干，是世界上最丰富的天然高分子聚合物
。
从纤维素中提取可得到纤维素纳米晶体
(Cellulose nanocrystal
，
CNC)
，它是一种可持续
、
可再生
、
可生物降解的新兴纳米材料，因其无与伦比的化学特性和机械特性近年来得到广泛关注
。
纤维素纳米晶体是高度结晶
(
结晶度为
54
％～
88
％
)
的棒状颗粒，宽约3～
5nm
，长约
50
～
500nm。
具有独特的化学特性和机械特性，如长宽比高
、
密度低
、
刚度高和热膨胀系数低等，这是传统纤维素衍生材料所不具备的
。CNC
强度极高，甚至超过钢铁制品
。CNC
被广泛应用于制药
、
纤维和纺织品以及药物输送等领域
。
纤维素纳米晶体薄膜有广泛应用，例如壳聚糖和纤维素纳米晶体可通过自组装形成绿色可调谐的氧气屏障层，并在食品和药品包装领域显示了广泛的应用前景
。
此外，纤维素纳米晶体可作为填充材料与纳米复合材料形成复合薄膜，以提高复合材料的强度和刚度
。
由于致密的
CNC
薄膜的成功制备可提供一种大表面积的基板，为其在制药
、
药物运输
、
生物传感器
、
太阳能电池等领域的应用奠定了良好的基础，所以研究
CNC
薄膜的制备有着重要意义
。
[0004]纤维素高分子链由结晶区和无定形区组成两相结构
。CNC
是指去除了较不稳定
、
且为无定形结构的非结晶区，形成的棒状晶体，其具有结构刚性更强，可修饰性更好，具有广阔的应用潜能
。
纳米纤维素的棒状结构强度高
、
模量大
、
比表面积大，有利于材料制备
。
通过引入
CNC
制备而得的材料不仅具有更好的机械性能，还可与聚合物相互作用，形成共价键或非共价键以进一步增强其柔性
、
延展性
。
纳米纤维素本身也可以通过化学
、
物理修饰加工，赋予其更优异的利用性能，提高其应用潜能
。
利用
CNC
悬浮液的液晶行为，可以将其制备得到新型的薄膜材料可以为多功能印刷
、3D
打印等提供新方法
、
新思路；利用
CNC
液晶相的虹彩现象，将所制备薄膜用于光学滤波器
、
传感器等；进一步添加功能分子添加剂，还可使
CNC
薄膜实现环境刺激响应等智能应用
。
[0005]CNC
的刚性很高，因此其自然蒸发所得到的纳米纤维素薄膜通常表现出易折易碎的形态，机械性能
、
延展性能差，通过复合
、
改性的方法提高
CNC
所形成薄膜的柔性
、
延展性等力学性能，是实现其广泛应用的重要前提
。
因此，解决
CNC
易折易碎，机械性能
、
延展性能差，制备一种比普通纤维素薄膜更大的偏振光滤过性能的薄膜迫在眉睫
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术所要解决的第一技术问题在于提供一种具有虹彩色湿度指示与润湿书写功能的纤维素纳米晶体薄膜的制备方法，制备出具有灵敏的湿度感应功能及可润湿书写功能的纤维素纳米晶体薄膜
。
本专利技术所要解决的第二技术问题在于提供一种具有虹彩色湿度指示与润湿书写功能的纤维素纳米晶体薄膜，具有灵敏的湿度感应功能及可润湿书写功能，呈现可见虹彩或偏振虹彩，具有稳定
、
环保和可持续性
。
本专利技术所要解决的第三技术问题在于提供一种具有虹彩色湿度指示与润湿书写功能的纤维素纳米晶体薄膜用于环境湿度感应的纤维和纺织品
、
建筑装饰
、
印刷
、
色彩书写和显示领域
。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]一种具有虹彩色湿度指示与润湿书写功能的纤维素纳米晶体薄膜的制备方法，将纤维素纳米晶体胶体悬浮液
、
木糖
(Xyl)
和纳米氧化锌
(ZnO NPs)
混合，然后将混合溶液成膜，干燥，获得纤维素纳米晶体薄膜
。
[0009]进一步的，所述纤维素纳米晶体胶体悬浮液的浓度为
0.8
％～
1.5
％
。
[0010]进一步的，所述纤维素纳米晶体
、
木糖和纳米氧化锌的质量比为
100
：
20
：1～
5。
[0011]进一步的，所述纤维素纳米晶体
、
木糖和纳米氧化锌的质量比为
100
：
20
：
1.25
～
5。
[0012]进一步的，所述纤维素纳米晶体薄膜的结晶度为
65
％～
80
％
。
[0013]进一步的，所述纤维素纳米晶体薄膜的结晶度为
70
％～
75
％
。
[0014]进一步的，具体步骤如下：
[0015]1)
在
55℃
下，将软木浆添加到浓度为
60
％的硫酸中，在转速
400rpm
下机械搅拌
1.5h
，搅拌完成后，将溶液稀释至原体积的四倍，离心循环冲洗，并重复三次，然后在去离子水中透析7天，直至酸碱度达到6，最后超声
30min
，制备得到浓度为
0.8
％～
1.5
％的纤维素纳米晶体胶体悬浮液；
[0016]2)
将木糖
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有虹彩色湿度指示与润湿书写功能的纤维素纳米晶体薄膜的制备方法，其特征在于，将纤维素纳米晶体胶体悬浮液
、
木糖和纳米氧化锌混合，然后将混合溶液成膜，干燥，获得纤维素纳米晶体薄膜
。2.
根据权利要求1所述的具有虹彩色湿度指示与润湿书写功能的纤维素纳米晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述纤维素纳米晶体胶体悬浮液的浓度为
0.8
％～
1.5
％
。3.
根据权利要求1所述的具有虹彩色湿度指示与润湿书写功能的纤维素纳米晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述纤维素纳米晶体
、
木糖和纳米氧化锌的质量比为
100
：
20
：1～
5。4.
根据权利要求3所述的具有虹彩色湿度指示与润湿书写功能的纤维素纳米晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述纤维素纳米晶体
、
木糖和纳米氧化锌的质量比为
100
：
20
：
1.25
～
5。5.
根据权利要求1所述的具有虹彩色湿度指示与润湿书写功能的纤维素纳米晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述纤维素纳米晶体薄膜的结晶度为
65
％～
80
％
。6.
根据权利要求5所述的具有虹彩色湿度指示与润湿书写功能的纤维素纳米晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述纤维素纳米晶体薄膜的结晶度为
70
...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌喆，徐华炜，平欣鑫，颜梦星，董涵琦，勇强，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：