[发明专利]一种纤维素基手性液晶薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种纤维素基手性液晶薄膜的制备方法，属于传感材料领域。本发明通过将丙三醇Gly和聚乙烯醇PVA加入到纳米晶纤维素悬浮液CNC中进行共混，得到韧性增强的CNC复合膜，所得的复合膜对水有刺激响应，此外整个体系中不含对人体有害的物质，因此属于绿色环保体系，符合绿色环保的发展理念。

技术领域

本发明涉及一种纤维素基手性液晶薄膜的制备方法，属于传感材料领域。

背景技术

纳米晶纤维素(CNC)具有高结晶度、高比表面积等特性，由于范德华力和氢键的共同作用，纳米晶纤维素表现出优异的机械性能。经过硫酸酸解法制备的CNC达到临界浓度后形成手性向列相液晶，蒸发形成CNC薄膜后，这种螺旋结构会保留在固体膜中，使得该薄膜具有独特的光学特性。由于光子带隙作用，CNC手性液晶薄膜能反射左圆偏振光，透过右圆偏振光。当CNC薄膜的最大反射波长在可见光范围内时，CNC薄膜会产生绚丽的色彩，这在光学领域具有潜在的应用价值。

聚乙烯醇(PVA)是通过聚醋酸乙烯酯部分或全部水解，脱去乙酸酯基团后生成的一种水溶性可生物降解的合成聚合物。PVA由1,3-二醇单元或1,2-二醇单元构成，这取决于聚乙酸乙烯酯(PVAc)的醇解度。由于醇解程度的不同，PVA主要分为完全醇解型和部分醇解型两类，和部分醇解型PVA相比，完全醇解的PVA分子结构更规整，分子间氢键作用更强。PVA的性能通常取决于其分子量和水解度，通过改变PVAc的初始链长度和水解条件，可以制备不同分子量(通常在20,000和400,000之间)和醇解度(解度通常为80-99％)的PVA。由于链上具有很多羟基这一亲水集团，使PVA具备优良的粘结性、优异的耐溶剂性和耐油性，以及良好的成膜性。

丙三醇(Glycerol，记作Gly)又称甘油，是一种无色、无臭、有甜味、澄明的浓稠液体，通常是从油脂中提炼制成的。丙三醇来源于自然界，能与水以任意比混溶，有强烈的吸湿性，它无毒无害，是理想的化工原料。同时丙三醇也是一种常用的小分子增塑剂，羟基密度高，可以与CNC和PVA发生相互作用。

纯CNC薄膜模量高，质脆，且纯CNC薄膜遇水容易溶胀，结构会被破坏，这极大的限制了其应用。因此开发一种工序简单、成本低、绿色无毒且具有湿度传感的纤维素基手性液晶薄膜具有重要的意义。

发明内容

本发明采用简单的共混方法，将PVA和丙三醇加入到CNC悬浮液中，通过蒸发诱导自组装获得了具有结构色的CNC复合膜——纤维素基手性液晶薄膜。本发明制得的纤维素基手性液晶薄膜，具有湿度传感的特性，并且相较于纯CNC薄膜，具有更优异的韧性。

本发明的技术方案：

本发明的其中一个目的在于提供一种纤维素基手性液晶薄膜的制备方法包括以下步骤：将PVA水溶液与CNC悬浮液充分混合，得到混合液a；将丙三醇水溶液与混合液a充分混合，待分散均匀且无气泡后，得到混合液b；将混合液b倒入玻璃模具中，加热蒸发水分，得到纤维素基手性液晶薄膜。

具体地，纤维素基手性液晶薄膜的制备方法：将PVA溶解在去离子水中，待完全溶解后，将PVA溶液加入到CNC悬浮液中，搅拌1小时，然后加入丙三醇溶液搅拌1小时，最后倒入玻璃模具中，置于烘箱中干燥制成CNC复合膜。

进一步地，所述PVA水溶液由PVA完全溶解于水中制成，其中，PVA的聚合度为1700、醇解度为99％。

进一步地，所述CNC悬浮液由棉短绒经过硫酸酸解再离心透析制得。CNC悬浮液可以通过旋蒸除水，调整固含量为3～6wt％；具体可选4wt％。

优选地，纤维素基手性液晶薄膜中CNC:PVA的质量比为100:25～85，具体地，CNC:PVA的质量比可以是100：50～83。

优选地，PVA与丙三醇的质量比为3～0.5:1，进一步优选地，PVA与丙三醇的质量比可以是2～1:1。