[发明专利]具有高含量刚性无机微纳米片的柔性复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了具有高含量刚性无机微/纳米片的柔性复合薄膜的制备方法，首先将刚性无机微/纳米片、特定无机微/纳米粒子和特定有机物溶液混合得到分散液浆料，通过特定的溶液铸膜方法将浆料制成一系列具有高含量刚性无机微/纳米片的柔性复合薄膜。本发明通过本方法可以高效率地实现大面积具有高含量刚性无机微/纳米片的柔性复合薄膜的简易制备。并且，该方法具有普适性和经济性，可将多种刚性无机纳米/微米片组装成具有高含量刚性无机微/纳米片的柔性复合薄膜，该方法制备出的复合薄膜在高无机含量情况下，仍具有很好的柔性和良好的力学强度，可应用于绝缘纸、隔热膜、催化剂载体、防辐射膜、电磁屏蔽膜、包装材料、电池隔膜等应用领域。

技术领域

本发明涉及复合薄膜材料技术领域，尤其涉及具有高含量刚性无机微纳米片的柔性复合薄膜及其制备方法。

背景技术

随着人类社会的不断发展，在热防护、电子、电气等领域对于各种材料的需求，特别是各类的薄膜材料提出了越来越高的需求。各种式样、组分的薄膜，包括有机膜、陶瓷膜、复合材料膜等被制备出来，为科技的进步和生产生活的发展，提供了强有力的支撑。然而，薄膜材料面临着强度和韧性二者无法兼顾的困境。通过模仿天然珍珠母的取向层状砖-泥结构，将无机微/纳米片和有机物组装成仿珍珠母的复合薄膜材料，在一定程度上有效地解决了这一难题。为了更大程度上发挥无机微/纳米片的本征力学性能和特定功能属性，理想情况下往往需要尽可能提高无机组分的含量。然而，当前已报道的研究成果中，只有石墨烯、MXene等柔性纳米薄片可以在高无机含量情况下被组装成柔性的高性能仿珍珠母薄膜材料。

但是对于刚性的无机微/纳米片，如氧化铝、磷酸钙、碳酸钙、氮化硼等矿物基微/纳米片，只能在较低含量(＜50wt％)情况下才能组装得到力学性能较好的仿珍珠母复合薄膜，否则将会大大降低力学性能，使得薄膜脆性变大，甚至失去柔韧性，无法弯折，这个问题极大地限制了其使用范围和场景。

发明内容

1.要解决的技术问题

本发明的目的是为了解决现有技术中对于刚性的无机微/纳米片只能在较低含量情况下才能组装得到力学性能较好的仿珍珠母复合薄膜，否则将会大大降低力学性能的问题，而提出的具有高含量刚性无机微纳米片的柔性复合薄膜及其制备方法。

2.技术方案

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

具有高含量刚性无机微纳米片的柔性复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将刚性无机微/纳米片和特定有机物溶液按照一定比例混合均匀，制备一系列不同组分种类或组分含量的分散液浆料；

步骤2：将第一步所述分散液浆料通过特定的溶液铸膜方法制成一系列具有不同无机组分种类或含量的仿珍珠母层状结构复合薄膜。

优选地，所述步骤1中的无机微/纳米片为各种组分的天然矿物粘土片、氮化硼、石墨片、片状玻璃粉、片状铜粉、片状铝粉和氧化铝微/纳米片中的一种或多种，浓度为10-100mg/mL，其中天然矿物粘土片为云母、高岭土、膨润土、蒙脱土中的一种或多种。

优选地，所述步骤1的浆料中还包括特定无机微米/纳米粒子，所述特定的无机微/纳米粒子为二氧化硅、高岭土、二氧化钛、氧化铝、氧化铁、氧化石墨烯、金属钯、铂、金、银、铜等纳米颗粒、碳纳米管、半导体量子点中的一种或多种，浓度为0-10mg/mL。

优选地，所述步骤1中，有机物溶液中的溶剂为水、乙醇、甲醇、丙酮、醋酸、盐酸、甲酸甲酯、乙酸乙酯中的一种或多种。

优选地，所述步骤1的浆料中有机物为壳聚糖、海藻酸钠、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、木质纤维素纳米纤维、细菌纤维素纳米纤维中的一种或多种，浓度为1-40mg/mL。

优选地，所述步骤2中溶液铸膜方法包括流延成型、真空抽滤、自然蒸发干燥、刷涂辅助蒸发干燥、喷涂辅助蒸发干燥中的一种，温度为20-100℃。