[发明专利]一种氨基硅烷改性纳米纤维素气凝胶的方法

说明书

本发明是一种氨基硅烷改性纳米纤维素气凝胶的方法，包括：1）使纳米纤维素悬浮液变成半透明胶体；2）将纳米纤维素胶体挤出成球形或短棒状水凝胶；3）使成型的纳米纤维素水凝胶变成醇凝胶；4）制得纳米纤维素气凝胶；5）气态有机胺在纳米纤维素气凝胶表面进行吸附；6）真空回收剩余的有机胺催化剂；7）气态氨基硅烷与纳米纤维素气凝胶进行化学反应；8）真空回收未反应的氨基硅烷；9）制得相应的氨基硅烷化的纳米纤维素气凝胶。优点：1）消除液相改性过程中所遇到的溶剂回收、分离过程，简化了胺基化改性的工艺；2）保持纳米纤维素气凝胶原始微观三维网络结构，提高改性接枝密度和均匀性；3）过程简单效率高成本低。

技术领域

本发明涉及的是一种氨基硅烷改性纳米纤维素气凝胶的方法，属于木质纤维复合材料技术领域。

背景技术

纳米纤维素是一维或多维空间上尺寸处于纳米级别（1-100nm）的纤维素类物质，是一种天然高分子。它具体纤维素的可再生性、生物兼容性好、生物可降解等特点，同时，它还具有较大的比表面积、优越的力学性能和光学特性等特点。气凝胶是一种具有高通透性三维网络结构的材料，具有极高的孔隙率、较高的比表面积、极低的密度、低导热能力等特点。目前，气凝胶在生物医药载体、光电传感器、催化技术、吸附技术、储能等方面都具有潜在的应用。纳米纤维素气凝胶是纳米纤维素通过物理或化学作用所形成的凝胶，它同时具有纳米纤维素、气凝胶的特性，因此，纳米纤维素气凝胶具有非常广泛的潜在应用前景。

目前，为了能满足各个领域的应用，人们越来越感兴趣将纳米纤维素气凝胶进行功能化改性，尤其是采用胺基硅烷对纳米纤维素进行胺基功能化，胺基功能化的纳米纤维素气凝胶可用于各类色谱的固定相、二氧化碳气体和金属离子吸附剂、固定生物酶分子和抗体、制备半导体装置和化学传感器等等。

纳米纤维素气凝胶的胺基功能化方法会严重地影响胺基硅烷分子的定向、表面密度、胺基硅烷分子“涂层”的厚度，会影响氨基硅烷分子与纳米纤维素表面的羟基作用类型，最终影响着胺基化纳米纤维素气凝胶的特性。

目前，纳米纤维素气凝胶胺基功能化改性主要在液相（包括水相、有机相）中进行，功能化改性时，胺基硅烷分子在纳米纤维素表面分分布难以控制，改性之后，纳米纤维素表面的胺基硅烷分子“涂层”的厚度不均匀性严重；同时，胺基硅烷之间的自聚合现象严重，自聚将导致纳米纤维素气凝胶中部分孔道封闭或堵塞，降低了原气凝胶的孔隙率、比表面积，而且，接枝密度低，一般仅有3-6mmolN/g。另外，液相改性时，存在溶剂回收、分离工艺复杂，为此，需要开发出一种新工艺方法，克服液相改性过程中所遇到的上述问题。

发明内容

本发明提出的是一种氨基硅烷改性纳米纤维素气凝胶的方法，在该方法中，首先利用无水低分子有机胺活化纳米纤维素表面的羟基，然后，利用氨基硅烷与被有机胺活化了的纳米纤维素表面的羟基进行化学反应，上述的活化和化学反应过程均在气固相之间进行。本发明的目的旨在提高氨基硅烷分子在纳米纤维素表面均匀分布；消除胺基硅烷之间的自聚、保留纳米纤维素气凝胶的原始微观三维网络结构；提高胺基硅烷与纤维素表面的羟基反应的效率，提高接枝密度，接枝均匀性。

本发明的技术解决方案:一种氨基硅烷改性纳米纤维素气凝胶的方法，包括如下步骤：

（1）使纳米纤维素悬浮液变成半透明胶体；

（2）将纳米纤维素胶体挤出成球形或短棒状水凝胶；

（3）使成型的纳米纤维素水凝胶变成醇凝胶；

（4）制得纳米纤维素气凝胶；

（5）气态有机胺在纳米纤维素气凝胶表面进行吸附；

（6）真空回收剩余的有机胺催化剂；

（7）气态氨基硅烷与纳米纤维素气凝胶进行化学反应；

（8）真空回收未反应的氨基硅烷；