本发明专利技术提供了一种抗老化的纳米纤维素基增强改性材料及其制备方法，所述制备方法包括：对纤维素原料依次进行磷酸化处理和纳米化处理，得到磷酸化纳米纤维素；将所述磷酸化纳米纤维素、负载改性云母纳米片、非离子表面活性剂和去离子水混合均匀后得到复合悬浮液，对所述复合悬浮液进行超声分散，得到复合分散液，对所述复合分散液进行喷雾干燥，得到所述纳米纤维素基增强改性材料。本发明专利技术将负载改性云母纳米片和磷酸化纳米纤维素进行复配，制备得到了抗老化的纳米纤维素基增强改性材料，该增强改性材料可作为涂料、橡胶、塑料、食品、医药材料等高分子材料的性能增强剂来改善产品结构并提高产品的理化性能，如抗老化性能、力学性能及阻燃性能等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于增强改性材料，涉及一种抗老化的纳米纤维素基增强改性材料及其制备方法。
技术介绍
1、纤维素是地球上含量最丰富、可再生、生物相容和可生物降解的天然聚合物，随着纳米技术的出现和发展，纤维素以“纳米纤维素”的新形式受到越来越多的关注。纳米纤维素除了具有原料来源广泛、无毒、可再生、可降解等优点外，还具有比表面积大、长径比高、保水性好、密度低、强度高等特性，在高性能增强复合材料、医学材料、光学材料等领域均有优异表现。
2、当纳米纤维素作为填充剂应用到高分子材料中制备复合材料时，因其表面含有丰富的羟基，极性较强，与基体材料混合时极易发生团聚，在基体中出现分散不均匀、相容性差、热稳定性差等问题，从而影响了复合材料的力学性能。因此，如何提高纳米纤维素与基体材料的相容性，并赋予复合材料一定的抗老化性能是本专利技术需要解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种抗老化的纳米纤维素基增强改性材料及其制备方法，本专利技术将负载改性云母纳米片和磷酸化纳米纤维素进行复配，制备得到了抗老化的纳米纤维素基增强改性材料，该增强改性材料可作为涂料、橡胶、塑料、食品、医药材料等高分子聚合物的性能增强剂，以改善产品结构并提高产品的理化性能，如抗老化性能、力学性能及阻燃性能等。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种抗老化的纳米纤维素基增强改性材料的制备方法，所述制备方法包括：
>4、（ⅰ）对绢云母进行高温煅烧处理，得到活化绢云母；采用硝酸溶液对所述活化绢云母进行酸化处理，得到酸化绢云母；采用硝酸锂对所述酸化绢云母进行锂化处理，得到锂化绢云母；采用十六烷基三甲基溴化铵对所述锂化绢云母进行插层改性处理，得到插层绢云母；对所述插层绢云母进行超声剥离，得到云母纳米片；5、（ⅱ）将去离子水、二氯甲烷和乙醇混合得到复合溶剂，向所述复合溶剂中滴加醋酸溶液以调整其ph值；将硅烷偶联剂滴入所述复合溶剂中，混合搅拌以发生水解，得到硅烷偶联剂溶液；将步骤（ⅰ）得到的所述云母纳米片分散于所述硅烷偶联剂溶液中，在水浴加热条件下进行混合搅拌以发生反应，反应结束后经过滤、洗涤和干燥后得到改性云母纳米片；
6、（ⅲ）将步骤（ⅱ）得到的所述改性云母纳米片分散于去离子水中，得到云母片分散液，在搅拌条件下向所述云母片分散液中滴加锰源溶液，混合均匀后进行一次水热反应，得到中间反应溶液；在搅拌条件下向所述中间反应溶液中滴加钛酸四丁酯溶液，混合均匀后进行二次水热反应，随后经过滤、洗涤和干燥后得到负载改性云母纳米片；
7、（ⅳ）对纤维素原料依次进行磷酸化处理和纳米化处理，得到磷酸化纳米纤维素；将所述磷酸化纳米纤维素、步骤（ⅲ）得到的负载改性云母纳米片、非离子表面活性剂和去离子水混合均匀后得到复合悬浮液，对所述复合悬浮液进行超声分散，得到复合分散液，对所述复合分散液进行喷雾干燥，得到所述纳米纤维素基增强改性材料。
8、本专利技术将负载改性云母纳米片和磷酸化纳米纤维素进行复配，制备得到了抗老化的纳米纤维素基增强改性材料，该增强改性材料可作为涂料、橡胶、塑料、食品、医药材料等高分子聚合物的性能增强剂，以改善产品结构并提高产品的理化性能，如抗老化性能、力学性能及阻燃性能等。使用时，可将本专利技术提供的增强改性材料以一定比例掺入基体材料中，混合均匀即可按常规流程生产制造。如在涂料领域，可将本专利技术提供的增强改性材料以一定比例掺入涂料乳液中，混合均匀后涂膜，干燥成膜后即可得到具备优异抗老化性能、力学性能及阻燃性能的漆膜涂层；在塑料领域，可将本专利技术提供的增强改性材料以一定比例与高分子聚合物材料熔融共混挤出，即可得到具备优异抗老化性能、力学性能及阻燃性能的塑料母粒。
9、在本专利技术中，负载改性云母纳米片和磷酸化纳米纤维素之间存在协同增效作用，具体体现在：
10、一方面，磷酸化纳米纤维素为具有较大比表面积和较高长径比的纤维丝状结构，其自身具备较高的力学强度，将其加入基体材料（如涂料、塑料、橡胶等）后可以在聚合物基体中形成三维网络结构骨架，当负载改性云母纳米片均匀负载于三维网络结构骨架上时，磷酸化纳米纤维素可以成为负载改性云母纳米片之间的“物理桥梁”，在受到外界作用力时，可以实现负载应力的顺利传递，避免应力集中导致复合材料断裂。此外，由于负载改性云母纳米片经过硅烷偶联剂改性处理，其表面含有部分硅羟基，可以与磷酸化纳米纤维素表面大量存在的游离羟基结合，产生强烈的氢键作用，磷酸化纳米纤维素与基体材料间也存在氢键作用力，因此，磷酸化纳米纤维素还可以作为基体材料与负载改性云母纳米片之间的“化学桥梁”，通过“物理桥梁”和“化学桥梁”的双重作用，极大地提高了负载改性云母纳米片在聚合物基体中的分散均匀性，从而显著提升了复合材料的力学性能。
11、另一方面，负载改性云母纳米片趋向于平行复合材料表面进行排列，由于负载改性云母纳米片为片状结构，具有弹性且能滑移，可以在复合材料表面组成一层惰性高、坚实而又柔韧的抗化学腐蚀和阳光辐射的保护膜，这层保护膜可以有效阻止大气和潮气的透入，从而对复合材料的内部起到阻隔保护作用。再结合磷酸化纳米纤维素自身的力学增强特性，一方面可以在复合材料内部形成三维网络结构骨架，另一方面可以显著改善负载改性云母纳米片在基体材料中的分散均匀性，通过磷酸化纳米纤维素和负载改性云母纳米片之间的协同增效作用可以显著提高复合材料的抗老化性能和阻燃性能。
12、云母纳米片作为一种二维片状填料，在基体材料中加入适量云母纳米片后可以显著提高复合材料表面的阻隔性，以提供良好的抗老化性能。本专利技术以绢云母作为原料，通过高温活化、酸化、锂化、插层改性和超声剥离后得到云母纳米片，然而，由于云母纳米片具有亲水性，在基体材料中的分散性较差，易在基体材料中发生团聚，阻碍了云母纳米片在复合材料中的优势发挥，为此，本专利技术对云母纳米片进行疏水改性，提高了其在基体材料中的分散均匀性。
13、绢云母是一种具有层状结构的硅酸盐矿物质，在高温活化过程中，绢云母的层间结构中的oh-脱附并转化为层间水，在煅烧过程中，绢云母片层的内外温差较大，导致片层中间区域与边缘区域的温度梯度较大，边缘区域的层间水排出速率较快，水分在绢云母周边富集，封闭了绢云母的层间内部空间，在绢云母片层的边缘区域发生失水封闭现象，导致层内中间区域的水分难以排出，使得层内中间区域产生较高的蒸汽压，迫使绢云母片层膨胀，有利于后续十六烷基三甲基溴化铵的有机插层处理。
14、绢云母的理化结构是由两层硅氧四面体[(si,al)-o4]和中间一层铝氧八面体[alo2(oh)4]构成的复式硅氧层，层间阳离子主要为钾离子和镁离子，由于钾离子和镁离子的离子半径较大，电荷密度较高，离子水化数较大，因此，钾离子和镁离子的周围水分子更多且结合的更加牢固，使得钾离子和镁离子失去了离子交换能力，不利于有机插层改性。与此同时，钾离子刚好镶嵌在相邻晶面上面对面的两个六方网孔中，形成12次配位，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抗老化的纳米纤维素基增强改性材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅰ）中，所述高温煅烧的加热温度为750~850℃；
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅰ）中，所述插层改性处理的过程包括：
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅰ）中，所述超声剥离的过程包括：
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅱ）中，所述复合溶剂中，去离子水、二氯甲烷和乙醇的体积比为1:(1.3~1.5):(0.5~0.7)；
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅲ）中，所述云母片分散液中的改性云母纳米片的质量分数为8~10wt%；
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅳ）中，所述磷酸化处理的操作步骤包括：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅳ）中，所述纳米化处理的操作步骤包括：
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅳ）中，所述复合悬浮液中的所述磷酸化纳米纤维素的质量分数为1~2wt%；
10.一种采用权利要求1至9任一项所述的制备方法制备得到的抗老化的纳米纤维素基增强改性材料。
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【技术特征摘要】
1.一种抗老化的纳米纤维素基增强改性材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（ⅰ）中，所述高温煅烧的加热温度为750~850℃；
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（ⅰ）中，所述插层改性处理的过程包括：
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（ⅰ）中，所述超声剥离的过程包括：
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（ⅱ）中，所述复合溶剂中，去离子水、二氯甲烷和乙醇的体积比为1:(1.3~1.5):(0.5~0.7)；
【专利技术属性】
技术研发人员：刘朝辉，范云鑫，韩承志，焦芃，崔俊杰，
申请(专利权)人：天津永续新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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