[发明专利]一种纳米纤维素增强硫酸钙晶须复合薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种纳米纤维素增强硫酸钙晶须复合薄膜及其制备方法与应用，本发明通过添加纳米纤维素与硫酸钙晶须混合，以丁烷四羧酸（BTCA）作为交联剂，磷酸氢二钾（DP）作为催化剂，促进纳米纤维素之间、纳米纤维素与硫酸钙晶须之间形成氢键，再加上物理作用形成交叉网络结构，超声分散后通过高压压滤法制备有机无机杂化复合薄膜。本发明改善了硫酸钙晶须的成膜性能，随着纳米纤维素含量的增加，薄膜的机械强度大幅度提高，且制备工艺简单，可拓宽硫酸钙晶须的应用范围。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种纳米纤维素增强硫酸钙晶须复合薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

硫酸钙有片状、晶须状、纺锤状等多种形貌，其中硫酸钙晶须（CSW）是一种横截面均匀的纤维状单晶体，一般长度为30μm～140μm，长径比为10～300，可作为高分子材料的填充剂，从而降低材料成本。硫酸钙晶须按结晶水含量的差异，分为二水、半水和无水硫酸钙晶须。硫酸钙晶须具有许多优良的理化性能，如高强度、高绝缘性、耐酸碱、耐高温、抗腐蚀、易于表面处理、易于聚合物复合等，应用范围非常广泛，再加上成本低廉，原料来源广泛，在塑料、橡胶、涂料、造纸等领域具有良好的应用前景。

通过添加其他物料形成复合材料是改善材料本身缺陷的有效方法。中国发明专利CN106368050A一种改性硫酸钙晶须造纸原料及应用采用改性硫酸钙晶须替代部分木（竹）桨，降低造纸原料木（竹）桨的使用量，但该专利并未对加入硫酸钙前后纸张的机械性能进行表征。文献《浅析硫酸钙晶须加填对薄页纸性能的影响》通过在实验室配用相同针阔叶比例与叩解度的浆料，加填不同用量的硫酸钙晶须进行抄纸，结果表明适量的加填可以改善纸张的强度、透气性等。

纳米纤维素具有独特的一维结构和力学性能，作为一种理想的绿色轻质高强组分，用于传统行业升级和未来新兴行业诸多领域，在航空航天、汽车工业、柔性电子、OLED显示、透明薄膜、柔性储能、造纸增强、组织工程、防弹衣、隔热包装等领域具有广泛的应用前景。由于生物可降解，可以代替塑料薄膜用于紫外屏蔽、透明导电、透明防伪等领域。据统计纳米纤维素可以用于多方面领域：由于优异的力学性能和生物相容性，可以用于人造骨骼和齿科修复材料；作为增稠剂，可以用于药品、食品和化妆品添加剂；由于优异的氧气阻隔性能，可以用于智能包装保鲜；由于一维结构特性，可以用于油漆、涂料和粘合剂作为增强剂；由于高强度和低比重，可以用于航空和汽车的轻质高计，到2020年北美市场规模为2.5亿美元（源自新材料在线）；2030年市场规模为1500亿日元（源自日经技术在线）。因此，采用纳米纤维素和硫酸钙晶须复合成膜，开发高强度有机无机杂化薄膜应用于复合材料领域具有重要意义。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种纳米纤维素增强硫酸钙晶须复合薄膜；第二目的在于提供所述的纳米纤维素增强硫酸钙晶须复合薄膜的制备方法；第三目的在于提供所述的纳米纤维素增强硫酸钙晶须复合薄膜的应用。

本发明的第一目的是这样实现的，所述的纳米纤维素增强硫酸钙晶须复合薄膜是以纳米纤维素和硫酸钙晶须为原料经前处理、主反应和后处理步骤制备得到，所述的纳米纤维素增强硫酸钙晶须复合薄膜的断裂强度为3~40MPa，热分解温度为300~400℃。

本发明的第二目的是这样实现的，包括前处理、主反应和后处理步骤，具体包括：

A、称取配方配比称取纳米纤维素，加入去离子水磁力搅拌得到物料a，物料a中加入纳米纤维素2～30wt%的丁烷四羧酸（BTCA）和磷酸氢二钾（DP）混合液，搅拌1~3h得到物料b；

B、主反应：将物料b的pH值调整至7.5~8.0，加入配方配比的硫酸钙晶须，控制pH值在6.5~7.5，搅拌5~30min，在10~30℃恒温条件下，保持500W以上的功率，经超声分散10~30min得到物料c；

C、后处理：将物料c经高压压滤机压滤后干燥得到目标物纳米纤维素增强硫酸钙晶须复合薄膜。