[发明专利]薄壁细胞纤维素与液态金属纳米液滴复合膜的制备方法

说明书

本发明公开一种薄壁细胞纤维素与液态金属纳米液滴复合膜的制备方法，该方法以农业废弃物蔗髓作为薄壁细胞纤维素的来源，利用二氧化氯法脱除木素，再利用有机胍水溶液法脱除半纤维素，得到薄壁细胞纤维素，通过DMAC与LiCl溶解薄壁细胞纤维素，得到薄壁细胞纤维素溶解液；用异丙醇将液态金属超声分散为纳米液滴，再用APTES改性，得到SML NDs，最后利用N,N‑亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵在纤维素大分子之间引起的接枝反应制得复合膜；该复合膜具有抗菌能力和可拉伸性，还具有良好物理强度，可完全降解、低毒性、良好的皮肤贴合性，为拓展蔗髓的应用领域，提升其附加值提供了一条可行性方案。

技术领域

本发明涉及一种利用农业固体废弃物--蔗髓提取的薄壁细胞纤维素制备具有可拉伸和抑菌性能的薄壁细胞纤维素/液态金属纳米液滴复合膜，属于天然高分子改性材料技术领域。

背景技术

近十年来，电子器件在信息、能源、医疗、国防等多个领域应用越来越广泛。随着人们使用需求的不断提升，电子器件也从最初的刚性逐渐向着柔性、弹性的方向发展，可以满足其在可穿戴/可植入设备等领域的应用。现今，作为可拉伸电子器件的重要组成部分---衬底一般选用涤纶树脂（PET）、聚醚砜（PES）、聚酰亚胺（PI）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚碳酸酯（PC）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等合成高分子材料来制备，这些材料制备的柔性衬底具有柔软、低模量、易形变、不导电等特点。如常见的电容式柔性温敏传感器使用的就是聚酰亚胺为柔性衬底，这种材料可以有效的包裹电极材料形成可穿戴/可植入的电容式传感器。然而，这类高分子材料一般无法降解或再生不仅损耗化石资源，而且还对环境有着不可逆的破坏作用。随着环保意识的不断提升，可生物降解、资源可再生、环境友好型的纤维素基弹性衬底逐渐受到研究者们的关注。纤维素柔性传感器兼具了纤维素良好的生物相容性、生物可降解性和无毒等特点同时保留传统高分子柔性衬底的柔软，绝缘，易形变等优点，因此，越来越多的纤维素基传感器逐渐走进人们的视野。目前具有可拉伸性、可贴合人体皮肤的纤维素基可穿戴柔性电子器件已经在医疗、保健、纺织等领域有了初步的应用，展现出巨大的发展潜力。然而由于纤维素是由很多β-D-吡喃葡萄糖基彼此以1,4-β苷键连接而成的线状高分子，分子链中的每一个葡萄糖基环上都有3个羟基。这些羟基形成的氢键使纤维素分子链在空间中有序排列形成大量的结晶区，所以纯纤维素材料的结晶度甚至超过60%。这使得材料具有一定的刚性不利于其在弹性衬底上的应用。

另外，不同来源的纤维素往往会对材料有比较大的影响。目前最常见的纤维素来源是植物的纤维细胞，该细胞属于厚壁细胞，细胞壁由胞间层、初生壁、次生壁组成，提取的纤维素一般排列有序、结晶度较高难以进行改性。

Ga基液态金属（LM）是一种室温下依然可以保持液态流动性的金属或其与其他金属复合而成的液态合金，目前关于Ga基液态金属纳米液滴（LM NDs）的研究基本围绕通过机械烧结工艺使体系内液态金属纳米液滴表面氧化层破裂并形成与本体形态相同的高导电性。即微电子器件在外力扭曲的情况下，内部的液态金属依然可以保持高导电性。

目前还没有薄壁细胞纤维素与液态金属纳米液滴制备透明或半透明具有可拉伸性复合膜的报道。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种薄壁细胞纤维素与液态金属纳米液滴复合膜的制备方法，该方法利用资源丰富但开发深度尚浅的蔗髓为原料，通过从蔗髓中提取薄壁细胞纤维素，并将纤维素溶解后与液态金属纳米液滴共混，同时进行交联反应制得环境友好型抑菌、可拉伸、具有良好物理强度、可完全降解的薄膜材料，进一步拓展蔗髓的应用领域，提升其附加值。

本发明薄壁细胞纤维素与液态金属纳米液滴复合膜的制备方法如下：

（1）将蔗髓薄壁细胞纤维素与N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）混合后置于100~110℃油浴中处理2~3h后，加入LiCl混匀后，再在110~120℃油浴中处理2~3h，最后在0~8℃下静置10~20h，即得薄壁细胞纤维素溶解液；