[发明专利]一种基于两性纤维素的碳纳米管复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于两性纤维素的碳纳米管复合材料，属纳米复合材料领域。

背景技术

长期以来，纤维素一直是纺织、造纸的主要工业原料，以其可再生性、生物可降解性及成本优势日益受到人们的重视，在药物控制、释放技术、固定化技术、生物传感器、膜材料、功能化学品及添加剂等方面显示出良好的发展前景。由于耕地的减少和石油、天然气等化石资源的日益枯竭，合成纤维的产量将会受到越来越多的制约。而纤维素作为一种绿色、环保、可再生的资源，获得了一个空前的发展机遇。

两性纤维素是在纤维素主链上同时带有阴阳离子基团的一类水溶性的纤维素衍生物。除了具有与普通两性电解质一样的特殊的溶液性质和流变性能，如增稠、降阻、絮凝、悬浮等功能，还具有高分子多糖来源丰富、易生物降解等优点。它是一种高附加值的纤维素衍生物（纤维素科学与技术,2014,22(01):70-78），在水处理、油田开采、湍流减阻、造纸湿部化学、吸水材料、日用化工等领域有着广阔的应用前景。

两性纤维素根据引入基团分类，其阳离子基团通常可以分为叔胺盐和季铵盐类，常用的阳离子改性剂有3-氯-2-羟基-三甲基氯化铵（CHPTAC）（染整技术,2014,36(09):34-36+45）、2,3环氧丙基三甲基氯化铵（西南大学学报(自然科学版),2010,32(01):138-143）、聚环氧氯丙烷胺化物（PECH-amine）（印染,2009,35(05):14-17）、壳聚糖（印染助剂,2016,33(06):41-44）。阴离子基团可分为磺酸型、羧酸型、硫酸型以及磷酸型等。目前两性纤维素多以水溶性的阴离子型羧甲基纤维素（CMC）为原料与各种阳离子醚化剂反应，从而获得两性纤维素。

发明内容

本发明针对上述不足，提供一种基于两性纤维素的碳纳米管复合材料及其制备方法。

本发明通过下述技术方案予以实现：

（1）将纤维素置于质量分数为20％的氢氧化钠溶液中，浴比1:50，90℃反应120min，用去离子水反复洗至中性，烘干后得到氢氧化钠改性纤维素；然后将氢氧化钠改性纤维素重新分散于去离子水中，浴比1:50，加入三甲基烯丙基氯化铵，其中三甲基烯丙基氯化铵和氢氧化钠改性纤维素的质量比为1:5-1:10，60-80℃反应1-24h，用去离子水反复清洗，烘干后得到三甲基烯丙基氯化铵改性纤维素；将三甲基烯丙基氯化铵改性纤维素重新分散于去离子水中，浴比1:50，缓慢加入1-100g/L的聚酰胺-胺PAMAM水溶液，其中PAMAM水溶液与三甲基烯丙基氯化铵改性纤维素水溶液的体积比为1:5-1:10，75-95℃反应60-120min，取出后清洗烘干得到阳离子化纤维素；将上述阳离子化纤维素重新分散于去离子水中，浴比1:50，加入引发剂硝酸铈铵，其中硝酸铈铵与阳离子化纤维素的质量比为1:10-1:30，混合搅拌120min，持续通入氮气保护，然后缓慢加入二丁酸二辛酯磺酸钠，阳离子化纤维素与二丁酸二辛酯磺酸钠的质量比为5:1-1:5，混合搅拌均匀后，缓慢升温至80-90℃并磁力搅拌1-12h，自然冷却到室温，用去离子水和乙醇反复洗涤、抽滤、干燥后得到两性纤维素；（2）按重量计，将60-80份的两性纤维素和1-20份的明胶、1-20份的壳聚糖、1-10的碳纳米管分散于去离子水中，浴比1:50，超声1h，向共混溶液中加入浓度为1-5wt%的氯化钙溶液，其中氯化钙与两性纤维素的质量比为1:10-1:20，混合搅拌均匀后，60℃反应1-12h，洗涤、抽滤、干燥后得到基于两性纤维素的碳纳米管复合材料。

作为优选方案，所述纤维素包括天然纤维素和再生纤维素。天然纤维素包括但不限于棉纤维、麻纤维、秸秆、竹原纤维，再生纤维素包括但不限于粘胶、竹浆纤维、天丝、铜氨纤维、莫代尔。

与现有技术相比，本发明的优点在于：以两性纤维素为基材，与明胶、壳聚糖、壳聚糖进行反应，通过钙离子交联、静电引力、氢键等相互作用力牢固结合，最终得到基于两性纤维素的碳纳米管复合材料。该复合材料具备绿色环保、可降解、机械性能好、组织结构规整、孔隙率高等诸多优点，在污水处理、光电器件等领域有重要的应用价值。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1：