[发明专利]一种纳米纤维素/聚乙烯醇凝胶复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纳米纤维素/聚乙烯醇凝胶复合材料。

背景技术

 现有气凝胶强度较低、脆性大, 限制了其作为隔热材料的推广和应用。近年来学者们致力于气凝胶与其他材料复合来制备具有一定强度又具有优良隔热性能的隔热材料, 这种复合型隔热材料与气凝胶隔热材料一起都被称为纳米孔高效隔热材料。通常纳米孔高效隔热材料中添加的材料主要是纤维和遮光剂颗粒等功能添加物。植物纳米纤维因其独特的长链结构，使纤维具有很高的力学强度和弹性模量，加入纳米纤维制备的复合气凝胶材料可以大大的提高气凝胶的强度和脆性。同时植物纳米纤维素比表面积高达153～284m²/g，对于气凝胶吸热隔声方面具有无语伦比的作用。 

发明内容

本发明提出的是一种纳米纤维素/聚乙烯醇凝胶复合材料，其中纳米纤维素采用化学结合机械处理的方法，利用化学方法引发在纳米纤维表面产生自由基，然后通过交联剂作用使纳米纤维、聚乙烯醇、丙烯酸发生化学交联，形成双网结构。

本发明的技术解决方案：一种纳米纤维素/聚乙烯醇凝胶复合材料，包括水凝胶和气凝胶，其制备方法包括如下工艺步骤：一、化学结合机械处理法制备纳米纤维素；二、复合水凝胶的制备；三、复合气凝胶的制备。

 本发明的优点：复合气凝胶是由纳米级胶体粒子或高聚物分子构成的多孔性非晶固体材料, 其独特的开放性纳米级多孔结构和连续的三维网状结构、使之具有极低的密度、高比表面积和高孔隙率，其中气凝胶的固体相只占总体积百分比的0.2%～20%，表现出强吸附催化能力、低热导率、低声阻抗及低折射率等特性,在航空、航天、化工、冶金、节能建筑等领域具有广泛的应用前景。

具体实施方式

实施例

一、用化学结合机械处理的方法制备纳米纤维素，

１、化学处理：

（１）化学处理法：

１）称取6g脱脂棉，把脱脂棉尽量撕成小束状细丝放入烧杯中，用蒸馏水水浸泡24小时；

２）向烧杯中加入3g亚氯酸钠，用玻璃棒搅拌均匀后放入75℃的水浴锅中加热6小时；

３）把亚氯酸钠处理过的脱脂棉过滤至中性，然后放入到500ml，

5%氢氧化钾的溶液中，把烧杯放入调节水浴锅温度为90℃的水浴锅中6小时，然后取出烧杯，将烧杯内的溶液过滤至中性；

４）把过滤后的纤维颗粒加入到含有1.5%浓度的盐酸溶液中，在80℃的温度下处理12小时，最后经盐酸处理的颗粒状纤维过滤至中性；

２、机械处理：

１）把过滤至中性的颗粒状纤维利用研磨机研磨，磨盘间直径调节至最小，研磨30 次至纤维悬浮液呈半蓝色，把纤维悬浮液在室温下放置二十四小时；

２）把纤维悬浮液倒入均质机中均质直至纤维悬浮液完全呈淡蓝色为止（均质机的均质压力为2000-2500bar，重复均质5次；

３）把均质后的纤维悬浮液用细胞超声波粉碎机超声，超声时间为10min，超声功率为1000W，在超声的过程中为了防止纤维过热引发团聚，使超声的纤维悬浮液烧杯放置在装有冰块的大烧杯中；

４）最后得到的纤维悬浮液即为纳米纤维素。

二、制备复合水凝胶，包括

１）把定量的网状的纤维素纳米纤丝（CNCs） 用蒸馏水配制成的溶液0.10%(72ml) 、0.16%(72ml) 、0.28%(72ml)  、0.45%(72ml) 、0.61%(72ml)和0.98%(60ml) ；并使其分散均匀；

２）把聚乙烯醇（PVA）添加到纳米纤维素悬浮液中，对应的PVA:CNC重量浓度分别为1.2%、2.0%、3.4%、、5.4%、7.3%和9.8%；在90℃的温度下水域加热混合溶液2小时，加热完成后通氮气脱氧15min；

３）向混合溶液中分别加入引发剂过硫酸钾（KPS）、亚硫酸氢钠（SBS）和丙烯酸(AA)、交联剂（NMBA）各2 ml，在加入以上化学药品的同时持续通氮气；

４）反应基本完成后用超声波处理，超声功率为使内部的氧气完全排除；

５）把原液倒入直径为10mm 的试管中，然后将试管置于25℃冰箱中冷冻12小时，取出后室温解冻12小时，冻融循环六次，即得复合水凝胶，这样的水凝胶的机械性能达到一个稳定的值；

６）制备完毕后把复合水凝胶切割成5mm 高的统一试件，定期更换蒸馏水保持内部纯净，防止水凝胶被污染。