一種納米微晶纖維素基導(dǎo)電薄膜制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合薄膜材料領(lǐng)域，具體涉及一種納米微晶纖維素基導(dǎo)電薄膜制備方法。
技術(shù)背景
[0002]納米微晶纖維素，是纖維素經(jīng)過處理(如酸水解、生物酶水解)，將纖維素中的無定形區(qū)及低結(jié)晶度的結(jié)晶區(qū)破除，提取得到的一種纖維素結(jié)晶體。納米微晶纖維素具有優(yōu)異的力學(xué)性能、巨大的比表面積(?70)、高結(jié)晶度(>70 % )、高楊氏模量、高強(qiáng)度(7500MPa)、超精細(xì)結(jié)構(gòu)和高透明性，良好的生物可降解性與生物相容性以及穩(wěn)定的化學(xué)性能。另外，因納米微晶纖維素表面富含大量羥基、具有高親水性，易于分散在水相體系中，具有很好的成膜性能，可以制備成纖維素納米紙。以納米微晶纖維素為原料制備的納米紙具有優(yōu)異的透光性、像玻璃一樣的低熱膨脹率，高強(qiáng)度、高氧氣阻隔性、出眾的柔軟性和折射率。
[0003]石墨烯是由單層碳原子緊密堆積而成的二維蜂巢狀晶格結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)等性能，在超級電容器、太陽能電池、顯示器、生物檢測、燃料電池等方面具有良好的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種納米微晶纖維素基導(dǎo)電薄膜制備方法。其具體包括如下步驟:
[0005]步驟(I)，制備還原氧化石墨烯/二氧化鈦納米復(fù)合材料。
[0006]步驟(2)，制備納米微晶纖維素溶膠。
[0007]步驟(3)，準(zhǔn)確量取一定量的還原氧化石墨烯/二氧化鈦乙醇分散液置于燒杯中，加入一定量的納米微晶纖維素懸濁液，隨后置于超聲清洗儀中超聲分散均勻。取混纖微孔過濾膜夾在砂芯玻璃過濾器中，倒入還原氧化石墨烯/ 二氧化鈦/納米微晶纖維素混合溶膠，進(jìn)行真空抽濾成膜，將得到的薄膜連同混纖微孔過濾膜一起轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯基片上，滴加4-5滴丙酮溶液溶解濾膜，對留下的薄膜進(jìn)行干燥，最后得到還原氧化石墨烯/ 二氧化鈦/納米微晶纖維素復(fù)合導(dǎo)電薄膜。
[0008]上述方法中，步驟(I)中所述的還原氧化石墨稀/二氧化鈦納米復(fù)合材料的制備過程具體如下:取0.09g氧化石墨置于錐形瓶中，加入200mL無水乙醇，置于超聲清洗儀中超聲
1.5h，加入0.0lg納米二氧化鈦(銳鈦)，繼續(xù)超聲0.5h，得到氧化石墨稀/二氧化鈦無水乙醇分散液。隨后，將該分散液移至暗箱中攪拌lh，并用紫外汞燈照射1.5h，進(jìn)行光催化還原，得到還原氧化石墨烯/ 二氧化鈦無水乙醇分散液。最后，將其置于20-40°C的環(huán)境中干燥48h，便得到還原氧化石墨稀/ 二氧化鈦納米復(fù)合材料。
[0009]上述方法中，步驟(2)中NCC的制備過程具體如下:準(zhǔn)確稱取5g微晶纖維素置于三口燒瓶中，加入50mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%的現(xiàn)配硫酸溶液，在水浴溫度為50°C條件下攪拌反應(yīng)2h。反應(yīng)結(jié)束后取出三口燒瓶置于超聲清洗儀中超聲處理30min，控制超聲功率為100W。超聲結(jié)束后取出三口燒瓶，加入500mL蒸餾水稀釋，將稀釋后的懸濁液用高速離心機(jī)離心分離，控制轉(zhuǎn)速為lOOOOrpm，時(shí)間為lOmin。離心結(jié)束后，倒掉上清液，加入適量蒸餾水，重復(fù)上述離心操作，直至上層液變渾濁，開始收集上層納米微晶纖維素懸濁液樣品。再次加入適量蒸餾水，重復(fù)離心操作并收集上層液，直至上層液再次變清，停止離心。將收集到的納米微晶纖維素懸濁液樣品用減壓蒸餾濃縮，然后用透析袋透析48h，期間每隔3h換一次蒸餾水，最終得到納米微晶纖維素溶膠。
[0010]上述方法中，步驟(3)中還原氧化石墨稀/二氧化鈦納米復(fù)合材料的加入量為O-
0.007go
[0011 ]上述方法中，步驟(3)中納米微晶纖維素的加入量為0.093-0.1go
[0012]上述方法中，步驟(3)中的超聲時(shí)間為1min，超聲功率為100W。
[0013]上述方法中，步驟(3)中混纖微孔過濾膜的孔徑為0.22μπι，以砂芯玻璃過濾器為過濾裝置。
[0014]上述方法中，步驟(3)中復(fù)合導(dǎo)電薄膜的干燥溫度為15_40°C，干燥時(shí)間為6h。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016](I)以納米微晶纖維素作為導(dǎo)電薄膜基質(zhì)，可賦予薄膜優(yōu)良的光學(xué)性能、力學(xué)性能及熱穩(wěn)定性。
[0017](2)還原氧化石墨烯/ 二氧化鈦納米復(fù)合材料與納米微晶纖維素具有很好的協(xié)同作用，還原氧化石墨烯/ 二氧化鈦納米復(fù)合材料不僅賦予薄膜的很好的導(dǎo)電性能，還有助于進(jìn)一步提尚其機(jī)械性能。
[0018](3)納米纖維素來自于天然纖維素，具有良好的生物可降解性能;而石墨烯亦來源于天然的碳基材料，環(huán)境友好，符合當(dāng)今社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。
【附圖說明】
[0019]圖1還原氧化石墨烯/二氧化鈦納米復(fù)合材料加入量對復(fù)合導(dǎo)電薄膜應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響圖；
[0020]圖2還原氧化石墨烯/二氧化鈦納米復(fù)合材料加入量對復(fù)合導(dǎo)電薄膜彈性模量的影響圖；
[0021]圖3還原氧化石墨烯/二氧化鈦納米復(fù)合材料加入量對復(fù)合導(dǎo)電薄膜拉伸強(qiáng)度的影響圖；
[0022]圖4納米微晶纖維素基復(fù)合薄膜SEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1
[0024]準(zhǔn)確稱取5g微晶纖維素置于三口燒瓶中，加入50mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65 %的現(xiàn)配硫酸溶液，在水浴溫度為50 V條件下攪拌2h ο反應(yīng)結(jié)束后，置于超聲波清洗儀中超聲處理30min，控制超聲功率為100W。超聲結(jié)束后，加入500mL蒸餾水稀釋，將稀釋后的懸濁液用高速離心機(jī)離心分離，控制轉(zhuǎn)速為1000rpm，時(shí)間為1min，離心結(jié)束后，將上清液倒掉，加入適量蒸餾水，重復(fù)上述離心操作，直至上層液變渾濁，開始收集上層納米微晶纖維素懸濁液樣品，再次加入適量蒸餾水，重復(fù)離心操作并收集上層液，直至上層液再次變清，停止離心。將收集到的納米微晶纖維素懸濁液樣品用減壓蒸餾濃縮，然后用透析袋透析48h，期間每隔3h換一次蒸餾水，最終得到納米微晶纖維素懸濁液樣品。
[0025]準(zhǔn)確稱取0.09g氧化石墨置于錐形瓶中，加入200mL的無水乙醇，置于超聲清洗儀中超聲1.5h，控制超聲功率為100W，進(jìn)行超聲剝離得到氧化石墨稀，加入0.0lg的納米二氧化鈦，繼續(xù)超聲30min，得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦無水乙醇分散液。隨后，將該分散液移至黑暗中避光攪拌lh，然后接通回流冷凝水，打開高壓汞燈，用紫外光照射1.5h。將氧化石墨烯還原成還原氧化石墨烯，最終得到還原氧化石墨烯/ 二氧化鈦的無水乙醇分散液。
[0026]準(zhǔn)確量取含有Og的還原氧化石墨烯/二氧化鈦乙醇分散液置于小燒杯中，加入含有0.1g的NCC懸濁液，隨后置于超聲清洗儀中超聲lOmin，使其分散均勻，控制超聲功率為100W。取孔徑為0.22μπι的混纖微孔過濾膜夾在砂芯玻璃過濾器中，倒入復(fù)合溶膠，進(jìn)行真空抽濾成膜，將得到的薄膜連同混纖微孔過濾膜一起轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯基片上，滴加4-5滴丙酮溶液溶解濾膜，留下復(fù)合薄膜，將得到的復(fù)合薄膜在室溫下風(fēng)干6h，最后得到復(fù)合薄膜樣品。復(fù)合薄膜的力學(xué)性能分別見圖1?圖3，SEM照片如圖4左側(cè)所示。
[0027]實(shí)施例2
[0028]準(zhǔn)確稱取5g微晶纖維素置于三口燒瓶中，加入50mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65 %的現(xiàn)配硫酸溶液，在水浴溫度為50 V條件下攪拌2h ο反應(yīng)結(jié)束后，置于超聲波清洗儀中超聲處理30min，控制超聲功率為100W。超聲結(jié)束后，加入500mL蒸餾水稀釋，將稀釋后的懸濁液用高速離心機(jī)離心分離，控制轉(zhuǎn)速為1000rpm，時(shí)間為1min，離心結(jié)束后，將上清液倒掉，加入適量蒸餾水，重復(fù)上述離心操作，直至上層液變渾濁，開始收集上層納米微晶纖維素懸濁液樣品，再次加入適量蒸餾水，重復(fù)離心操作并收集上層液，直至上層液再次變清，停止離心。將收集到的納米微晶纖維素懸濁液樣品用減壓蒸餾濃縮，然后用透析袋透析48h，期間每隔3h換一次蒸餾水，最終得到納米微晶纖維素懸濁液樣品。
[0029]準(zhǔn)確稱取0.09g氧化石墨置于錐形瓶中，加入200mL的無水乙醇，置于超聲清洗儀中超聲1.5h，控制超聲功率為10W，進(jìn)行超聲剝離得到氧化石墨稀，加入0.0lg的納米二氧化鈦，繼續(xù)超聲30min，得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦無水乙醇分散液。隨后，將該分散液移至黑暗中避光攪拌lh，然后接通回流冷凝水，打開高壓汞燈，用紫外光照射1.5h。將氧化石墨烯還原成還原氧化石墨烯，最終得到還原氧化石墨烯/ 二氧化鈦無水乙醇分散液。
[0030]準(zhǔn)確量取含有0.0Olg的還原氧化石墨烯/ 二氧化鈦無水乙醇分散液置于小燒杯中，加入含有0.099g的納米微晶纖維素懸濁液，隨后置于超聲清洗儀中超聲1min，使其分散均勻，控制超聲功率為100W。取孔徑為0.22μπι的混纖微孔過濾膜夾在砂芯玻璃過濾器中，倒入還原氧化石墨烯/ 二氧化鈦/納米微晶纖維素混合溶膠，進(jìn)行真空抽濾成膜，將得到的薄膜連同混纖微孔過濾膜一起轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯基片上，滴加4-5滴丙酮溶液溶解濾膜，留下復(fù)合導(dǎo)電薄膜，將得到的復(fù)合導(dǎo)電薄膜在室溫下風(fēng)干6h，最后得到還原氧化石墨烯/ 二氧化鈦/納米微晶纖維素復(fù)合導(dǎo)電薄膜樣品。復(fù)合薄膜的力學(xué)性能分別見圖1?圖3，SEM照片如圖4右側(cè)所示。
[0031]實(shí)施例3
[0032]準(zhǔn)確稱取5g微晶纖維素置于三口燒瓶中，加入50mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65 %的現(xiàn)配硫酸溶液，在水浴溫度為50 V條件下攪拌2h ο反應(yīng)結(jié)束后，置于超聲波清洗儀中超聲處理30min，控制超聲功率為100W。超聲結(jié)束后，加入500mL蒸餾水稀釋，將稀釋后的懸濁液用高速離心機(jī)離心分離，控制轉(zhuǎn)速為1000rpm，時(shí)間為1min，離心結(jié)束后，將上清液倒掉，加入適量蒸餾水，重復(fù)上述離心操作，直至上層液變渾濁，開始收集上層納米微晶纖維素懸濁液樣品，再次加入適量蒸餾水，重復(fù)離心操作并收集上層液，直至上層液再次變清，停止離心。將收集到的納米微晶纖維素懸濁液樣品用減壓蒸餾濃縮，然后用透析袋透析48h，期間每隔3h