薄壁细胞纤维素与液态金属纳米液滴复合膜的制备方法技术

本发明专利技术公开一种薄壁细胞纤维素与液态金属纳米液滴复合膜的制备方法，该方法以农业废弃物蔗髓作为薄壁细胞纤维素的来源，利用二氧化氯法脱除木素，再利用有机胍水溶液法脱除半纤维素，得到薄壁细胞纤维素，通过DMAC与LiCl溶解薄壁细胞纤维素，得到薄壁细胞纤维素溶解液；用异丙醇将液态金属超声分散为纳米液滴，再用APTES改性，得到SML NDs，最后利用N,N

【技术实现步骤摘要】
薄壁细胞纤维素与液态金属纳米液滴复合膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种利用农业固体废弃物
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蔗髓提取的薄壁细胞纤维素制备具有可拉伸和抑菌性能的薄壁细胞纤维素/液态金属纳米液滴复合膜，属于天然高分子改性材料


技术介绍

[0002]近十年来，电子器件在信息、能源、医疗、国防等多个领域应用越来越广泛。随着人们使用需求的不断提升，电子器件也从最初的刚性逐渐向着柔性、弹性的方向发展，可以满足其在可穿戴/可植入设备等领域的应用。现今，作为可拉伸电子器件的重要组成部分
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衬底一般选用涤纶树脂（PET）、聚醚砜（PES）、聚酰亚胺（PI）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚碳酸酯（PC）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等合成高分子材料来制备，这些材料制备的柔性衬底具有柔软、低模量、易形变、不导电等特点。如常见的电容式柔性温敏传感器使用的就是聚酰亚胺为柔性衬底，这种材料可以有效的包裹电极材料形成可穿戴/可植入的电容式传感器。然而，这类高分子材料一般无法降解或再生不仅损耗化石资源，而且还对环境有着不可逆的破坏作用。随着环保意识的不断提升，可生物降解、资源可再生、环境友好型的纤维素基弹性衬底逐渐受到研究者们的关注。纤维素柔性传感器兼具了纤维素良好的生物相容性、生物可降解性和无毒等特点同时保留传统高分子柔性衬底的柔软，绝缘，易形变等优点，因此，越来越多的纤维素基传感器逐渐走进人们的视野。目前具有可拉伸性、可贴合人体皮肤的纤维素基可穿戴柔性电子器件已经在医疗、保健、纺织等领域有了初步的应用，展现出巨大的发展潜力。然而由于纤维素是由很多β
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D
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吡喃葡萄糖基彼此以1,4
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β苷键连接而成的线状高分子，分子链中的每一个葡萄糖基环上都有3个羟基。这些羟基形成的氢键使纤维素分子链在空间中有序排列形成大量的结晶区，所以纯纤维素材料的结晶度甚至超过60%。这使得材料具有一定的刚性不利于其在弹性衬底上的应用。
[0003]另外，不同来源的纤维素往往会对材料有比较大的影响。目前最常见的纤维素来源是植物的纤维细胞，该细胞属于厚壁细胞，细胞壁由胞间层、初生壁、次生壁组成，提取的纤维素一般排列有序、结晶度较高难以进行改性。
[0004]Ga基液态金属（LM）是一种室温下依然可以保持液态流动性的金属或其与其他金属复合而成的液态合金，目前关于Ga基液态金属纳米液滴（LM NDs）的研究基本围绕通过机械烧结工艺使体系内液态金属纳米液滴表面氧化层破裂并形成与本体形态相同的高导电性。即微电子器件在外力扭曲的情况下，内部的液态金属依然可以保持高导电性。
[0005]目前还没有薄壁细胞纤维素与液态金属纳米液滴制备透明或半透明具有可拉伸性复合膜的报道。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种薄壁细胞纤维素与液态金属纳米液滴复合膜的制备方法，该方法利用资源丰富但开发深度尚浅的蔗髓为原料，通过从蔗髓中
提取薄壁细胞纤维素，并将纤维素溶解后与液态金属纳米液滴共混，同时进行交联反应制得环境友好型抑菌、可拉伸、具有良好物理强度、可完全降解的薄膜材料，进一步拓展蔗髓的应用领域，提升其附加值。
[0007]本专利技术薄壁细胞纤维素与液态金属纳米液滴复合膜的制备方法如下：（1）将蔗髓薄壁细胞纤维素与N,N
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二甲基乙酰胺（DMAC）混合后置于100~110℃油浴中处理2~3h后，加入LiCl混匀后，再在110~120℃油浴中处理2~3h，最后在0~8℃下静置10~20h，即得薄壁细胞纤维素溶解液；蔗髓备料过程：未除髓的甘蔗渣经过风干处理后，其中风干原料的水分根据不同地区不同季节空气湿度不同而不同，一般含水率控制在5~30%的范围内，风干物通过孔径约3~10mm的竹筛筛分得到粗蔗髓，然后再经过40~400目的筛网筛选，得合格蔗髓；所述蔗髓薄壁细胞纤维素是将蔗髓与去离子混合后，通入二氧化氯气体，搅拌均匀后在在70~90℃下水浴7~9h后，倒入2000~3000目的浆布中，用去离子水反复洗涤，直至物料为中性，过滤，滤渣冷冻干燥得到综纤维素；在综纤维素中加入去离子水和胍，在20~30℃下水浴5~15h，每10~30 min搅拌一次，反应结束后转移到2000~3000目的浆布中，用蒸馏水清洗至中性，过滤干燥制得；其中蔗髓与去离子的质量体积比g:mL为1~10:40~400，蔗髓与二氧化氯的质量体积比g:mL为2~20: 1~10；综纤维素与去离子水的质量体积比g:mL为1~2:20~40，综纤维素与和胍的质量比为5~10: 8~25；所述薄壁细胞纤维素与二甲基乙酰胺的质量体积比g:mL为0.1~1:2.5~25，薄壁细胞纤维素与LiCl的质量比为0.1~1:0.1~2（2）在超声分散的液态金属中加入氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）改性，静置24
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72h制得硅烷化表面改性的液态金属纳米液滴（SMLNDs）；所述超声分散的液态金属是将0.1~1.0g液态金属和50~500mL的异丙醇混合后，放入480~600W的超声分散仪中分散20~30min，烘干去除异丙醇后制得；所述超声分散后的液态金属与氨丙基三乙氧基硅烷的质量体积比g:mL为0.1~1:25~200；（3）将硅烷化表面改性的液态金属纳米液滴加入到薄壁细胞纤维素溶解液中，再加入引发剂、交联剂混匀后，在50~65℃下抽真空1~2h，倒入模具中，再加入含质量浓度6~10%山梨醇的N,N
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二甲基乙酰胺溶解液，将模具封口后，在55~65℃下交联反应5~10h，即得薄壁细胞纤维素/液态金属纳米液滴复合膜；所述引发剂为N,N
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亚甲基双丙烯酰胺，超声分散后的液态金属与引发剂的质量比为0.1~1.0: 0.0002~0.002，交联剂为过硫酸铵，超声分散后的液态金属与交联剂的质量比为0.1~1.0: 0.002~0.02。
[0008]本专利技术的有益效果是：以农业废弃物蔗髓作为薄壁细胞纤维素的来源，利用二氧化氯法脱除木素，再利用有机胍水溶液法脱除半纤维素，得到薄壁细胞纤维素，通过DMAC与LiCl溶解上述薄壁细胞纤维素，得到薄壁细胞纤维素溶解液。用异丙醇为分散体系将液态金属超声分散为纳米液滴，再用APTES改性，得到SML NDs，混合后利用N,N
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亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵在纤维素大分子之间引起的接枝反应，得到具有可拉伸性和抑菌能力的薄壁细胞纤维素/液态金属纳米液滴复合膜。薄壁细胞纤维素/液态金属纳米液滴复合膜具有合成高分子类抗菌材料的共性，可在生物传感器，医疗材料等多个领域展现出良好的应用前
景。同时，该复合膜还具备低毒性、良好的皮肤贴合性能、环境友好性以及柔弹性等优势，是现今主流发展的一类新型、绿色的功能材料，此复合膜为蔗髓的高附加值利用提供一条可行性方案。
具体实施方式
[0009]下面结合实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术保护范围不局限于所述内容，本实施例中使用的方法如无特殊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄壁细胞纤维素与液态金属纳米液滴复合膜的制备方法，其特征在于步骤如下：（1）将蔗髓薄壁细胞纤维素与N,N
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二甲基乙酰胺混合后置于100~110℃油浴中处理2~3h后，加入LiCl混匀后，再在110~120℃油浴中处理2~3h，最后在0~8℃下静置10~20h，即得薄壁细胞纤维素溶解液；（2）在超声分散的液态金属中加入氨丙基三乙氧基硅烷改性，静置24
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72h制得硅烷化表面改性的液态金属纳米液滴；（3）将硅烷化表面改性的液态金属纳米液滴加入到薄壁细胞纤维素溶解液中，再加入引发剂、交联剂混匀后，在50~65℃下抽真空1~2h，倒入模具中，再加入含质量浓度6~10%山梨醇的N,N
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二甲基乙酰胺溶解液，将模具封口后，在55~65℃下交联反应5~10h，即得薄壁细胞纤维素/液态金属纳米液滴复合膜。2.根据权利要求1所述的薄壁细胞纤维素与液态金属纳米液滴复合膜的制备方法，其特征在于：蔗髓薄壁细胞纤维素是将蔗髓与去离子混合后，通入二氧化氯气体，搅拌均匀后在在70~90℃下水浴7~9h后，倒入2000~3000目的浆布中，用去离子水反复洗涤，直至物料为中性，过滤，滤渣冷冻干燥得到综纤维素；在综纤维素中加入去离子水和胍，在20~30℃下水浴5~15h，每10~30 min搅拌一次，反应结束后转移到2000~3000目的浆布中，用蒸馏水清洗至中性，过滤干燥制得。3.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：高欣，赵曜，张恒，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：