[发明专利]高度取向纤维素气凝胶及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高度取向纤维素气凝胶及其制备方法，涉及高分子功能材料领域，所述高度取向纤维素气凝胶的制备方法包括以下步骤：(a)向纤维素溶液中加入化学交联剂，进行化学交联，得到化学交联纤维素水凝胶；(b)对化学交联纤维素水凝胶进行预牵伸和醇溶液置换，干燥，得到高取向纤维素气凝胶材料，解决了传统制备方法无法制备得到具有高度取向纳米纤维结构、透明的纤维素气凝胶的技术问题，本发明提供的高度取向纤维素气凝胶的制备方法采用醇凝固浴冻结取向，同时将水凝胶置换成醇凝胶，大大减少了置换时间和醇用量，提升了气凝胶的制备效率。

技术领域

本发明涉及高分子功能材料领域，尤其是涉及一种高度取向纤维素气凝胶及其制备方法。

背景技术

目前纤维素气凝胶的制备主要有两种方法：第一种是基于化学物理双交联策略来制备高强度纤维素水凝胶，最后通过超临界干燥得到，第二种是纤维素纳米纤维溶液通过冷冻干燥制备得到。此外，还有一些功能性纤维素气凝胶(超疏水性、吸油、磁性+吸油、吸附染料、隔热、抗菌等)，它们通过对纤维素气凝胶进行修饰后制备得到。但是，上述每一种纤维素气凝胶的结构都是均匀而各向同性的，并没有一种制备方法能够制备出具有高度取向纳米纤维结构、透明的纤维素气凝胶材料。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种高度取向纤维素气凝胶的制备方法，该制备方法具有操作简单，成本低廉的优点，根据本方法制备得到的高度取向纤维素气凝胶解决了传统制备方法无法制备得到具有高度取向纳米纤维结构、透明的纤维素气凝胶的技术问题。

本发明的第一目的在于提供一种高度取向纤维素气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(a)向纤维素溶液中加入化学交联剂，进行化学交联，得到化学交联纤维素水凝胶；

(b)对化学交联纤维素水凝胶进行预牵伸和醇溶液置换，干燥，得到高取向纤维素气凝胶材料。

进一步的，所述预牵伸的形变量为5％～200％，优选为200％。

进一步的，所述化学交联的温度为-5～20℃，优选为0℃；

和/或，所述醇溶液置换的温度为-20～50℃，优选为-5℃。

进一步的，所述化学交联剂选自环氧氯丙烷、己二酸、京尼平、琥珀酸酐、六亚甲基二异氰酸酯、马来酸酐、苯二甲酸酐、戊二酸酐、丁二酸酐、丙三醇、乙二醇、苯二甲酸、戊二醛或甲醛中的至少一种，优选为环氧氯丙烷。

进一步的，所述化学交联剂与所述纤维素的质量比为(0.5～9.5):(1～8)；

优选地，化学交联剂与所述纤维素的质量比为3.55:4。

进一步的，所述纤维素的来源选自再生纤维素、竹纤维素、椰壳纤维素、麻纤维素、海藻纤维素或海鞘纤维素中的至少一种；

优选地，再生纤维素的来源选自棉短绒浆、甘蔗渣浆、蒲葵叶浆、秸秆浆、木浆或纸浆中的至少一种；

和/或，所述纤维素溶液中纤维素的质量分数为1～8wt％，优选为4wt％。

进一步的，所述醇溶液选自甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇或聚乙二醇中的至少一种，优选为乙醇；

和/或，所述醇溶液的质量分数为85～100wt％，优选为95wt％。

进一步的，每次置换的时间为0.5～10h，优选为2h；

和/或，置换次数为2～6次，优选为3次。

进一步的，所述干燥的方式为超临界干燥。

本发明的第二目的在于提供一种高度取向纤维素气凝胶，根据本发明提供的高度取向纤维素气凝胶的制备方法制备得到。