[发明专利]一种海藻酸钠-纤维素纳米晶-碳酸钙三元纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了海藻酸钠‑纤维素纳米晶‑碳酸钙三元纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：A)将二元原料混合，蒸发干燥，得到初始二元薄膜；B)将所述初始二元薄膜置于含有钙离子的溶液中，反应，得到交联薄膜；C)将所述交联薄膜与含有碳酸根的化合物反应，再将得到的薄膜加压，得到海藻酸钠‑纤维素纳米晶‑碳酸钙三元纳米复合材料。本申请还提供了具有纳米螺旋结构的海藻酸钠‑纤维素纳米晶‑碳酸钙三元纳米复合材料。本申请制备的海藻酸钠‑纤维素纳米晶‑碳酸钙三元复合材料具有纳米纤维螺旋结构，且该材料原料来源简单，属于环境友好型，制备过程高效。

技术领域

本发明涉及材料化学、纳米复合材料以及纳米材料组装技术领域，尤其涉及一种海藻酸钠-纤维素纳米晶-碳酸钙三元纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

螺旋结构由多个单向纤维片层逐渐螺旋堆垛构成。螺旋结构对于先进材料(特别是防护装甲材料、抗冲击材料等)设计十分重要，如何制备具备螺旋结构的材料引起了专家学者、工程师的广泛关注。

美国南加州大学Yong Chen老师开发了电场诱导导电的碳纳米管纤维有序排布的技术，实现了碳纳米管纤维螺旋结构的构建，并制备了碳纳米管-环氧树脂复合材料，然而该技术需要复杂的参数调控、耗时费力，且要求原材料必须具备导电性，材料选择受限(Advanced Materials 2017,29(11):1605750)。浙江大学柏浩老师发展了静电纺丝技术，制备了尼龙纳米纤维有序螺旋结构，然而该方法需要仔细调控静电纺丝装备的电极位置和输出电压，制备过程复杂、效率相对低，此外螺旋结构精准度不够高(ACS AppliedMaterialsInterfaces 2019,11(26):23616-23622)。因此，发展一种螺旋结构的高效制备方法以提高螺旋结构精确度，且制备原料简单，对于该领域具有重要意义。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种海藻酸钠-纤维素纳米晶-碳酸钙三元复合材料的制备方法，本申请制备的海藻酸钠-纤维素纳米晶-碳酸钙三元复合材料具有纳米纤维螺旋结构，且该方法原料简单，属于环境友好型，制备过程高效。

有鉴于此，本申请提供了一种海藻酸钠-纤维素纳米晶-碳酸钙三元纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将纤维素纳米晶溶液、海藻酸钠溶液和水混合，蒸发干燥，得到初始薄膜；

B)将所述初始薄膜置于含有钙离子的溶液中，反应，得到交联薄膜；

C)将所述交联薄膜与含有碳酸根的化合物反应，得到薄膜，将所述薄膜加压，得到海藻酸钠-纤维素纳米晶-碳酸钙三元纳米复合材料。

优选的，所述纤维素纳米晶溶液、海藻酸钠溶液和水混合的过程具体为：

将纤维素纳米晶溶液与去离子水混合，得到混合体系；

将海藻酸钠粉末与去离子水混合，得到海藻酸钠水溶液；

将所述海藻酸钠水溶液与所述混合体系混合，静置。

优选的，在所述混合体系中，所述纤维素纳米晶溶液的浓度为5～10wt％，所述纤维素纳米晶溶液与所述去离子水的体积比为(20～70)：(20～200)；在所述海藻酸钠水溶液中，所述海藻酸钠粉末与所述去离子水的比例为(0.5～5)g：(20～100)mL；所述纤维素纳米晶溶液与所述海藻酸钠粉末的比例为(20～70)mL：(0.5～5)g。

优选的，所述含有钙离子的溶液为浓度为0.01M～0.5M的氯化钙水溶液。

优选的，所述蒸发干燥的温度为20～30℃，湿度为40～60％，时间为5～10天。

优选的，步骤C)中，得到薄膜的过程具体为：

将所述交联薄膜放置于乙醇溶液的器皿中；

将含有碳酸根的化合物放置于另一器皿中；