[发明专利]一种纳米纤维素基复合膜及其制备方法和用途

说明书

一种纳米纤维素基复合膜，包括纳米纤维丝、迈克烯纳米片、多酚类化合物，通过氢键结合构成均一的膜状结构，采用以下步骤制备：1)取纳米纤维丝、迈克烯纳米片、多酚类化合物，分别制备为纳米纤维丝分散液、迈克烯纳米片分散液、多酚类化合物分散液；2)将纳米纤维丝分散液、迈克烯纳米片分散液混合，得到混合溶液；3)将多酚类化合物分散液滴加至步骤2)的混合溶液中，搅拌6‑12h，得到均匀混合溶液；4)将均匀混合溶液抽滤，滤饼干燥6‑8h，得到厚度为10‑30μm的纳米纤维素基复合膜。本发明制备得到的纳米纤维素基复合膜的机械强度高，具备优异的焦耳热和抗菌性能。

技术领域

本发明涉及材料领域，特别涉及一种纳米纤维素基复合膜及其制备方法和用途。

背景技术

在当今追求绿色节能和智能化的社会中，受生物行为(变色龙自主变幻体色抵御外敌、觅偶、寻食；捕蝇草控制叶片张开闭合来捕捉食物等)的启发，研究者已成功地设计和开发了各种能够响应外部刺激(如湿度、电、光、温度、磁)发生可逆变形的智能驱动器。特别是，由于环境友好性和湿度可获得性，湿度响应驱动器备受关注，并在许多尖端领域中具有巨大的发展潜力，包括智能可穿戴设备、软机器人、人工肌肉、能量转换器等。设计湿度响应驱动器的一般策略有两类：1.依据材料间亲水性的显著差异来构建双层/多层结构，响应均匀的湿度刺激，实现自驱动行为。2.由一种或多种亲水性材料组成的均匀单一结构，响应局部的湿度刺激，实现自驱动。不幸的是，上述第一种情况的双层或多层湿度响应驱动器通常制备过程复杂，力学性能较差，由于材料间的应变不匹配导致界面稳定性弱。因此，为了克服这些问题，设计一种单层湿度响应式的驱动器已成为人们关注的焦点。尽管单层湿度响应驱动器取得了令人瞩目的进展，但已报道的大多数单层湿度响应驱动器都是基于合成材料，且主要集中在改善驱动器的湿度响应性能，而忽视了机械强度的提升和多功能性能的探索，这阻碍其更广泛的应用。

纳米纤维素因来源广泛、可再生、可降解、生物相容和丰富的吸湿官能团等优势成为构建湿度响应驱动器最有前途的候选原料。然而，纯纳米纤维素膜存在强度低和功能单一的局限性，限制了纳米纤维素在新兴智能材料领域的发展。如何在纳米纤维素中引入功能材料，从而既不影响湿度响应的前提下又能赋予本体高机械性能和多功能性具有巨大的挑战性。

发明内容

本发明的目的之一是针对现有技术的不足，提供一种纳米纤维素基复合膜，其机械强度高，具备优异的焦耳热和抗菌性能。

本发明的目的之二是提供上述纳米纤维素基复合膜的制备方法，其制备工艺简单、原料绿色环保，易于实施。

实现本发明目的之一的技术方案是：一种纳米纤维素基复合膜，包括纳米纤维丝、迈克烯纳米片、多酚类化合物，通过氢键结合构成均一的膜状结构。

进一步的，所述纳米纤维丝的直径为3-5nm，长径比＞1000，优选的，纳米纤维丝的长度为3-10um，所述迈克烯纳米片的平均尺寸≥300nm，厚度为1-3nm，优选的，迈克烯纳米片的平均尺寸为300-500nm，厚度为1-2nm。

进一步的，所述膜状结构的厚度为10-30μm，优选的，厚度为15μm。

进一步的，所述纳米纤维丝、迈克烯纳米片、多酚类化合物的质量比为100：25-100：2.5-15。

优选的，所述多酚类化合物为单宁酸、多巴胺、没食子酸、木质素中的任一种或几种混合。

实现本发明目的之二的技术方案是：任一上述纳米纤维素基复合膜的制备方法，包括如下步骤：

1)取纳米纤维丝、迈克烯纳米片、多酚类化合物，分别制备为纳米纤维丝分散液、迈克烯纳米片分散液、多酚类化合物分散液；

2)将纳米纤维丝分散液、迈克烯纳米片分散液混合，得到混合溶液；

3)将多酚类化合物分散液滴加至步骤2)的混合溶液中，搅拌6-12h，得到均匀混合溶液；