[发明专利]一种纤维素/氧化锌纳米粒子复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及天然高分子领域，特别涉及一种纤维素/氧化锌纳米粒子复合材料的制备方法。

背景技术

近年，聚合物、纳米粒子复合材料已成为现代材料科学富有吸引力的领域。由于纳米微粒尺寸小，产生一般宏观物体所不具有的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应以及高吸气性、高混合性、低密度等特点，从而使聚合物、纳米粒子复合材料出现许多不同于常规固体的优异性质，如力学、光学、热学、电学和磁学等。但是由于无机材料和有机聚合物的分子间作用力差异，二者的界面不相容性和吸附力缺乏给制备相关材料带来了困难。根据纳米粒子的特性和聚合物处理过程，聚合物、无机纳米复合材料一般可通过纳米粒子的原位生成法、共混法、插层复合法和溶胶-凝胶法等制备。

纤维素是自然界中最为丰富的可再生生物质资源，其应用涉及纺织、轻工、化工、国防、石油、医药、生物技术、环境保护、能源和生物科学等领域。氧化锌是一种宽禁带半导体材料，其禁带宽度为3.2 ev。随着氧化锌颗粒尺寸减小，禁带宽度逐渐增加。如10 nm氧化锌颗粒的禁带宽度为4.5 ev，它对波长为280~400 nm紫外光具有非常强的吸收能力，是理想的紫外线屏蔽剂。而且它还具有抗菌、防霉和消臭的功能。文献（Carbohydrate Polymers，2012, 87, 1065–1072）将0.2 mol的醋酸锌溶解到二甲基甲酰胺（DMF）和丙酮的混合溶剂中，然后再把14 wt%醋酸纤维素投入到上述溶液搅拌5小时得到均匀的醋酸纤维素溶液，然后进行电纺，通过控制醋酸纤维素的的浓度最终得到不同氧化锌含量的复合纤维。文献（Cellulose, 2011,18, 675–680）首先将纤维素溶解在LiCl/DMAc溶剂中，然后流延成膜并在体积分数为50%的异丙醇水溶液中凝固再生得到再生纤维素膜，最后把纤维素膜投入含有同摩尔比的硝酸锌和三乙醇胺水溶液中90℃条件下磁力搅拌6小时后洗涤干燥得到纤维素/氧化锌复合膜。文献（Cellulose, 2013, 20, 699–705）将0.25 g微晶纤维素通过微波加热的方式溶解在5 g的离子液体[C₄mim]中，然后再往纤维素溶液中加入醋酸锌和氢氧化钠及离子液体的混合液，继续微波反应，最后加入蒸馏水分离、洗涤、干燥得到纤维素/氧化锌纳米复合膜。文献（Crystal Growth & Design, 2009, 9, 387）首先把醋酸锌和氢氧化钠加热溶解在2-丙醇中，冷却后放入纤维素纤维，室温下搅拌过滤、烘干，为得到含有ZnO较多的复合纤维，把上述纤维继续在含有硝酸锌的溶液中90℃加热反应6小时后洗涤、干燥得到纤维素/氧化锌纳米复合纤维。以上已报道的几种制备纤维素/氧化锌复合膜和纤维的方法大都采用先制备得到纤维素膜和纤维，然后把纤维素膜和纤维投入到制备氧化锌的反应前驱体中最后得到复合材料，或把纤维素溶解后加入制备氧化锌的反应前驱体共沉淀制备得到复合材料。上述方法步骤繁琐，并且后处理工艺复杂，制备成本较高，难以实现规模化生产。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的的问题提供一种制备工艺简单，无环境污染，且成本低的制备纤维素/氧化锌纳米粒子复合材料的方法。

本发明充分利用溶剂中的ZnO组分，采用原位反应法一步制备纤维素/氧化锌纳米粒子复合材料，其技术方案如下：

一种纤维素/氧化锌纳米粒子复合材料的制备方法，其特征在于：将纤维素氨基甲酸酯分散于NaOH/ ZnO水溶液中，冷冻后室温下解冻得到复合溶液，将复合溶液经过离心除杂、脱气后刮膜或喷丝，在有机溶剂凝固浴中凝固，然后水洗、干燥即得到纤维素/氧化锌复合材料。

作为上述方案的优选项：

所述复合溶液中NaOH的质量百分比浓度为6~10 wt%，ZnO的质量百分比浓度为0.4~4.0 wt%，纤维素氨基甲酸酯的质量百分比浓度为3~10 wt%。

所述有机溶剂凝固浴中的有机溶剂为乙醇、甲醇、乙二醇、丙三醇、正丙醇、2-丙醇、丙酮溶液中的一种或几种的混合溶液。

所述有机溶剂凝固浴的凝固浴温度为0-50 ℃，凝固时间为5-30 min。

所述水洗温度为10-60 ℃。