强纳米纸制造技术

本发明专利技术涉及包含粘土和微原纤化纤维素纳米纤维的纳米纸，其中MFC纳米纤维和成层的粘土基本平行于纸表面取向。本发明专利技术进一步涉及制备纳米纸的方法和纳米纸的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及强纳米纸、其用途和制备所述纳米纸的方法。
技术介绍
砖坯是一种稻草和粘土的富含粘土的混合物，其已经被用作几千年来人们用于躲避风雨的建筑材料。对于这种建筑复合材料，粘土提供了对于光、雨和热的良好阻隔性能，并且纤维质稻草提供了强度和耐久性，这防止裂化、增加了其的绝缘性并且使得其更轻。在自然界，有许多具有这种聚合物-陶瓷颗粒复合结构的有机物。通常，它们具有优良的强度和韧度。例如，来源于鲍鱼壳的具有1-5%蛋白质和霰石的珍珠母取决于其水合·状态具有140-170MPa的拉伸强度、60-70GPa的杨氏模量，和350-1240J m—2的三点弯曲。结果，迄今已经报导了许多方法来模拟珍珠母的“砖和砂浆”结构，包括连续沉积、超分子自组装(浸涂)、在自组装的层上结晶、在Langmuir单层下方结晶、逐层自组装和浇铸方法等。最好的结果被Tang等实现，其通过将载玻片交替地浸入聚电解质和粘土小片状体(clayplatelet)悬浮液中制得具有约5 y m厚度的超强复合层。然而，该方法真正需要长的组装时间，因为每次循环沉积约24nm。近年来，Tang等开发了被称为“指数生长”LBL的新方法。缩短了自组装时间，但其仍然花费IOOOmin获得具有200 iim厚度的膜。F. Mizukami等使用浇铸方法制备具有3-200 u m厚度的柔性透明粘土膜。制备显著简化以及膜具有良好的耐热性和高的气体阻隔性。然而，材料的拉伸强度仅为25MPa。对于这种粘土膜的进一步应用，弱的强度将是阻碍。由于水缓慢蒸发，因此浇铸方法仍然是费时的方法。难以以便利的方式复制珍珠母的砖和砂浆微结构。如已知的,在珍珠母的情形中，只有1-5%的蛋白质充当粘合剂添加剂。对于人造珍珠母，使用水溶性聚合物(WSP)例如聚电解质、聚合物钠盐或PVOH作为粘合剂添加剂，代替天然珍珠母中的蛋白质。在WSP与无机粘土小片状体之间有强的静电或氢键相互作用。然而，与珍珠母中发现的低蛋白质含量相反，通常在人造珍珠母中使用的WSP的含量多于50wt%。另外，现今使用的大多数WSP是非生物降解的，并且WSP还具有差的耐水性或耐溶剂性。
技术实现思路
本专利技术涉及强的粘土 /MFC纳米纸、制备其的方法及其用途。本专利技术的纳米纸具有独特并且重要的结构，其中MFC和本身具有层状结构的粘土基本平行于纸表面排列。粘土颗粒或小片状体在纳米范围内并且MFC的纳米纤维的长度在微米范围内，赋予纳米纸其独特的性能。另外，粘土颗粒或小片状体优选基本彼此分离。本专利技术的一个方面涉及包含粘土和微原纤化纤维素纳米纤维(microfibrilIatedcellulose nanofibre)的纳米纸,其中MFC纳米纤维和成层的粘土基本平行于纸表面取向。在本专利技术的一个实施方案中，粘土包含在纳米范围内的颗粒。在另一实施方案中，微原纤化纤维素纳米纤维的长度在5-20 iim的范围内。在另一实施方案中，微原纤化纤维素的量多于10wt%，或多于20wt%，或多于40wt%,但少于50wt%,或少于35wt%,或少于25wt%。在再一实施方案中，粘土的量多于10wt%，或多于40wt%，或多于60wt%，但不多于90wt%,或少于80wt%,或少于50wt%,或少于30wt%。在再一实施方案中，纳米纸进一步包含水溶性交联剂。在再一实施方案中，交联剂的量多于5wt%,或多于20wt%,或多于35wt%,但不多于50wt%,或少于40wt%,或少于25wt% ;基于纳米纸的总重量。在再一实施方案中，使用100N负荷传感器(load cell)并且在5fbs的帧频下，对于40mm长、60-80 y m厚和5mm宽的样品，纳米纸的拉伸应力为至少30MPa ;并且其中测试在 50%湿度下和在23 °C下进行。在再一实施方案中，所述纸由微原纤化纤维素和粘土组成。本专利技术的另一方面涉及包含根据本专利技术的纳米纸的涂层。本专利技术的另一方面涉及一种制备粘土-微原纤化纤维素纳米纤维纳米纸的方法，其包括一制备粘土和微原纤化纤维素纳米纤维的悬浮液一混合所述悬浮液一过滤所述悬浮液一获得或形成所述经过滤的悬浮液的膜一干燥所述膜。在一个实施方案中，所述悬浮液包含至多2 丨％微原纤化纤维素，优选浓度为0. 5-2wt%,或者 0. 6-1. 6wt%0在另一实施方案中，在悬浮液中微原纤化纤维素为胶体的形式。在另一实施方案中，添加水溶性交联剂。在另一实施方案中，交联剂是壳聚糖或透明质酸。在另一实施方案中，交联剂的浓度多于5wt%，或多于10wt%，或多于30wt%，或多于40wt%,但不多于50wt%,或少于35wt%,或少于15wt%,基于组分的总质量。在另一实施方案中，将悬浮液絮凝。本专利技术的第四方面涉及用本专利技术纳米纸涂覆表面的方法，其包括一形成包含粘土和微原纤化纤维素纳米纤维的溶液或悬浮液一用该溶液或悬浮液涂覆表面。本专利技术的第五方面涉及纳米纸作为纸、滤纸、耐火或耐热材料、补强复合物、壁纸、卡片纸板、纸板、液体包装纸板、包装材料、食品包装、水蒸汽挡板、脂肪挡板、液体挡板、气体挡板、涂层、扬声器隔膜、电池隔膜或防弹材料的用途。附图说明图1，0. 62wt%MFC悬浮液(a)、0. 62wt%MMT悬浮液(b)和静置10小时后水性悬浮液中的MFC/MMT(0. 62wt%/0. 62wt%)共悬浮液(c)的照片。图2，具有20wt%(A)和50wt%MFC⑶的粘土膜的断裂表面横截面的SEM图。图3，MFC膜、Na+-MMT膜和具有50%MFC的MMT/MFC膜(从上到下)与膜表面垂直和平行(从左到右)的两维XRD。图4，纳米纸的内部结构的示意表示图。图5，具有不同MFC含量的纳米纸的应力-应变曲线。图6，对于具有50%MFC的复合物(a，a’)和纯的MFC (b，b’)，作为温度函数的贮能模量(a, b)和 Tan 8 (a，，b，)。图7，在O2环境下具有不同MFC含量的纳米纸的TGA(A)和DTA(B)结果。图8，具有50wt%MFC (a)和12. 5wt%MFC (b)的纳米纸在空气中燃烧之前(左)和之后(右)的照片。样品尺寸为6OmmX IOmmX 40 ii m。图9，在加入10wt%正带电的壳聚糖之前和之后，MFC/MMT(重量比=1/1)的共悬浮液的照片。图10，具有不同壳聚糖含量的CS-MMT纳米复合材料和CS-NP的XRD图。图 11，MMT、CS、MFC、NP、CS20-MMT、CS20-MFC 和 CS 10-NP 的 IR 光谱。图12，具有不同壳聚糖含量的MFC和CS-MFC的广角X-射线衍射图。图13，NP (a, a，)和 C S_NP(b，b，)的表面形态的 SEM 图像。图14，CSlO-NP的断裂面的横截面的SEM图像。图15，具有不同壳聚糖含量的CS-NP的应力-应变曲线。图16，MMT, MFC, CS和纳米复合材料的TG曲线。图17，在50%相对湿度和30°C下，MFC、NP和CS10-NP的DVS水分含量相对于测量时间的曲线。具体实施方案在本申请中，术语“粘土”是指具有层状或小片状体结构的硅酸盐。粘土可以是，但不限于，来自蒙脱石系列的粘土例如蒙脱土。在本申请中，术语“混合”包括，但不限于，术语例如共混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.16 US 61/261,461;2009.12.08 US 61/267,5591.一种纳米纸，其包含粘土和微原纤化纤维素纳米纤维，其中所述微原纤化纤维素纳米纤维和成层的粘土基本平行于纸表面取向。2.根据权利要求1所述的纳米纸，其中所述粘土包含纳米范围的颗粒。3.根据权利要求1和2任一项所述的纳米纸，其中所述微原纤化纤维素纳米纤维的长度在5-20 μ m的范围内。4.根据权利要求1和3任一项所述的纳米纸，其中所述纳米纤维的横向尺寸在 10-30nm的范围内。5.根据权利要求1和4任一项所述的纳米纸，其中所述微原纤化纤维素的量多于 10wt%,或多于20wt%,或多于40wt%,但少于50wt%,或少于35wt%,或少于25wt%。6.根据权利要求1和5任一项所述的纳米纸，其中所述粘土的量多于10wt%，或多于 40wt%,或多于60wt%,但不多于90wt%,或少于80wt%,或少于50wt%,或少于30wt%。7.根据权利要求1和6任一项所述的纳米纸，其中所述纳米纸进一步包含水溶性交联剂。8.根据权利要求7所述的纳米纸，其中所述交联剂当在水性溶液中时正带电。9.根据权利要求7和8所述的纳米纸，其中所述交联剂为多糖。10.根据权利要求7-9任一项所述的纳米纸，其中所述交联剂是壳聚糖或透明质酸。11.根据前述权利要求任一项所述的纳米纸，其中所述交联剂的量多于5wt%，或多于 20wt%,或多于35wt%,但不多于50wt%,或少于40wt%,或少于25wt% ;基于所述纳米纸的总重量。12.根据前述权利要求任一项所述的纳米纸，其中使用100N负荷传感器并且在5fbs的帧频下，对于40mm长、60-80 μ m厚和5mm宽的样品，纳米纸的拉伸应力为至少30MPa ;并且其中测试在50%湿度下和在23°C下进行。13.根据权利要求1-6和11-12任一项所述的纳米纸，其中所述纸由微原纤化纤维素和粘土组成。14.一种涂层，其包含根据权利要求1-13任...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·贝里隆德，刘安东，
申请(专利权)人：瑞典皇家理工控股公司，
类型：
国别省市：