[发明专利]一种高透明纳米纤维素增强聚合物基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高透明纳米纤维素增强聚合物基复合材料的制备方法。先通过纳米纤维素稳定的疏水性聚合物的Pickering乳液的凝胶化，然后再经抽滤洗涤干燥，进一步采用热压工艺而制得高透明的纳米纤维素增强聚合物基复合材料。本发明方法适用于从各种原材料提取制备的不同形貌的纳米纤维素以及疏水性的聚合物，易于大规模推广，且本发明方法中所用试剂都是常见试剂，价格便宜，且制备过程简便、快速、所得复合材料具有高透明度和优异的机械力学性能，且可设计性强等优点。

技术领域

本发明属于纳米纤维素增强聚合物基复合材料制备技术领域，特别涉及一种基于Pickering乳液技术的以纳米纤维素和疏水性聚合物作为基材来制备具有光学透明性的纳米纤维素增强聚合物基复合材料的方法。

背景技术

纳米纤维素是指至少一维的尺度在纳米范围内的纤维素材料，凭借其优异的机械性能、纳米尺寸、低密度、低热膨胀系数、可再生性、可生物降解性、非毒性和生物相容性引起人们广泛的关注。作为新一代环境友好的纳米材料，其在特殊纸张、食品包装、药物制剂、医学工程等领域，尤其在增强聚合物纳米复合材料方面具有巨大的应用潜能。研究表明，纳米纤维素在增强水溶性的聚合物如聚乙烯醇、壳聚糖、琼脂、海藻酸等时，在明显改善聚合物基体的力学性能的同时还能保持聚合物基体材料的光学性能。然而，纳米纤维素在增强疏水性的聚合物基体（例如天然橡胶、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸等）时存在着很大的问题，即亲水性的纳米纤维素与疏水性的聚合物不相容，纳米纤维素很难在疏水性聚合物基体中均匀分散，从而影响所得复合材料的形貌和性能。尤其纳米纤维素在增强透明性的聚合物（如聚甲基丙烯酸甲酯PMMA）时由于纳米纤维素的不均匀分散而直接影响所得复合材料的透明度。目前，关于纳米纤维素增强疏水性聚合物的报道中，大多采用溶剂置换、纳米纤维素表面改性、添加表面活性剂或特殊的相容剂、原位聚合等方法来提高纳米纤维素和聚合物基体的相容性和界面相互作用。然而这些方法中有些对纳米纤维素在聚合物基体中的均匀分散性的改善有限，有些所涉及的化学反应复杂、试剂成本昂贵、难以大规模化生产。由此可见，目前在纳米纤维素增强聚合物复合材料的研究中，关键问题仍然是如何有效地改善纳米纤维素在疏水性聚合物基体中的均匀分散性，以更好地提高聚合物基体的力学性能，同时还能保持聚合物基体材料的光学性能。因此，开发一种简便快捷、低成本的、适用范围广、高透明度的纳米纤维素增强疏水性聚合物复合薄膜材料制备方将具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种高透明纳米纤维素增强聚合物基复合材料的制备方法。

本发明思路：先通过纳米纤维素稳定的疏水性聚合物的Pickering乳液的凝胶化，然后再经抽滤洗涤干燥，进一步采用热压工艺而制得高透明的纳米纤维素增强聚合物基复合材料。

具体步骤为：

（1）将疏水性聚合物溶解在有机溶剂中，制得质量百分比浓度为2~4%的含有疏水性聚合物的有机溶液。

（2）将质量百分比浓度为0.1~0.5%的纳米纤维素的水分散液与步骤（1）中制得的含有疏水性聚合物的有机溶液按照体积比为2~5:1混合，制得混合液。

（3）将步骤（2）中制得的混合液在功率为100~1000W的超声波乳化仪中超声乳化至凝胶状，得到纳米纤维素稳定的水包油的Pickering乳液凝胶。

（4）将步骤（3）中制得的Pickering乳液凝胶进行抽滤，并用有机溶剂洗涤，然后将所得Pickering乳液凝胶滤饼进行烘干，除去其中的有机溶剂。

（5）将步骤（4）中烘干后的Pickering乳液凝胶滤饼放入模具中，将模具放入平板热压机中，先在低温低压的条件下热压，进一步去除滤饼中的有机溶剂，最后在高温高压的条件下热压成型，即制得高透明纳米纤维素增强聚合物基复合材料。

所述疏水性聚合物为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。