[发明专利]一种手性向列纤维素纳米晶体-丙三醇复合薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种手性向列纤维素纳米晶体‑丙三醇复合薄膜的制备方法，将纤维和硫酸混合进行水解反应，得到纤维素纳米晶体悬浮液；将所述纤维素纳米晶体悬浮液依次进行洗涤和浓缩，得到质量浓度为1.5～5.5％的手性向列纤维素纳米晶体悬浮液；将所述手性向列纤维素纳米晶体悬浮液与丙三醇水溶液混合后成膜，得到手性向列纤维素纳米晶体‑丙三醇复合薄膜。采用本发明提供的方法制备得到的手性向列纤维素纳米晶体‑丙三醇复合薄膜不仅具有纤维素纳米晶体优良的光学特性，还具有丙三醇的湿度敏感特性，作为湿敏指示材料具有很好的湿度检测效果；且原料易得，操作简单。

技术领域

本发明涉及复合膜材料技术领域，尤其涉及一种手性向列纤维素纳米晶体-丙三醇复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

湿度指示在人们的生产和生活中十分重要，广泛应用于环境检测、医疗电子设备、工业和农业生产领域。纤维素纳米晶体(CNCs)广泛存在于自然界中，具有环境友好性和生物相容性。以纤维素纳米晶体为基体的材料具有良好的机械性能和热稳定性，通过蒸发诱导自组装，能够形成具有虹彩特性的手性向列液晶相结构，为纤维素纳米晶体复合材料赋予了优异的光学性能。

随着湿度变化，纤维素纳米晶体的颜色会发生变化，利用纤维素纳米晶体的该性质，可以制备湿敏指示材料。Yu Ping Zhang等报道了纯的纤维素纳米晶体薄膜的颜色会随着水蒸气的吸收而变化，具有湿敏指示的效果(Structured color humidity indicatorfrom reversible pitch tuning in self-assembled nanocrystalline cellulosefilms，Sensors and Actuators B:Chemical 2013,176(6):692-697)。公开号为CN106084135A的中国专利中将纤维素纳米晶体与高分子聚合物复合，制备了一种湿度响应的光子晶体复合材料。

但是，上述利用纤维素纳米晶体制备的湿敏指示材料的检测效果并不直观，不能简单快捷的应用于湿度检测领域中去。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种手性向列纤维素纳米晶体-丙三醇复合薄膜及其制备方法和应用，将本发明提供的手性向列纤维素纳米晶体-丙三醇复合薄膜应用于湿敏指示材料中具有很好的湿度检测效果。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种手性向列纤维素纳米晶体-丙三醇复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将纤维和硫酸混合进行水解反应，得到纤维素纳米晶体悬浮液；

将所述纤维素纳米晶体悬浮液依次进行洗涤和浓缩，得到质量浓度为1.5～5.5％的手性向列纤维素纳米晶体悬浮液；

将所述手性向列纤维素纳米晶体悬浮液与丙三醇水溶液混合后成膜，得到手性向列纤维素纳米晶体-丙三醇复合薄膜。

优选的，所述硫酸的质量浓度为65～85％，所述纤维的质量和硫酸的体积比为(15～35)g：(150～350)mL。

优选的，所述水解反应的温度为25～75℃；水解反应的时间为1～4h。

优选的，所述洗涤包括依次进行的离心和透析。

优选的，所述离心后所得离心物料的pH值为2～3；所述透析后所得透析物料的pH值为5～8。

优选的，所述丙三醇水溶液的质量浓度为5～20％，所述手性向列纤维素纳米晶体悬浮液和丙三醇水溶液的质量比为10：(1～10)。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的手性向列纤维素纳米晶体-丙三醇复合薄膜，包括手性向列纤维素纳米晶体基材和掺杂在所述手性向列纤维素纳米晶体基材中的丙三醇。