一种原位附着各向异性磁性纳米生物质纤维抗紫外透明膜制备方法

本发明属于生物质纤维素复合材料领域，主要涉及一种原位附着各向异性磁性纳米生物质纤维抗紫外透明膜制备方法。

背景技术：

1、近年来，纳米生物质纤维薄膜的研究取得了许多重要成果。首先，在制备方法方面，许多新的制备技术不断被开发出来，如静电纺丝、反相乳液法、生物模板法等，使得制备过程更加高效、环保和可控。其次，在材料组合和性能优化方面，研究者们不断探索新的生物质原料和纳米纤维的组合方式，制备出具有优异性能的纳米生物质纤维薄膜。

2、尽管纳米生物质纤维薄膜的研究已经取得了很多成果，但仍存在一些不足之处。在材料性能上，尽管纳米生物质纤维薄膜具有很多优点，但其在某些方面仍然存在不足，例如无法满足固定方向的性能要求，各向异性性能较差；薄膜抗紫外能力较弱和透光性不足等缺点。

技术实现思路

1、为了克服背景技术的不足，本发明提供了一种原位附着各向异性磁性纳米生物质纤维抗紫外透明膜制备方法。主要解决了现有基础上对于纳米纤维的力学性能和透光性的不足之处。

2、本发明所采用的技术方案是：一种原位附着各向异性磁性纳米生物质纤维抗紫外透明膜制备方法，包括以下步骤：

3、(1)取一定量漂白后的生物质纤维素，用机械搅拌器搅碎成细碎的生物质纤维絮状物。

4、(2)筛选均匀的细碎生物质纤维絮状物，将所需定量的tempo和nabr溶入固定量的絮状物中，立即加入所需定量的naclo溶液进行氧化。

5、(3)用naoh和盐酸溶液将料浆控制ph值在10～10.5之间，在室温下磁力搅拌4小时，再加入乙醇终止反应，用去离子水对浆液进行过滤，反复洗涤，直至滤液ph值达到7。

6、(4)在100mpa的压力下，连续经过高压均质机三次循环的机械解体后，得到纳米级生物质纤维素的悬浮液。

7、(5)将一定量的fecl3·6h2o和fecl2·4h2o溶解于去离子水中，在室温下磁力搅拌分散均匀，加入提前超声(振幅为30％)5分钟的纳米级生物质纤维素悬浮液中，持续90℃剧烈搅拌4小时后，加氨水使ph～7，并在85℃下水浴磁力搅拌反应4小时，结束后用去离子水冲洗三次，获得原位生长后的磁性生物质纳米纤维素的溶液。

8、(6)取适量原位生长后的磁性生物质纳米纤维素的溶液，加入一定量的纳米级生物质纤维素的悬浮液中，振幅90％超声10分钟后倒入模具中，放在两块强磁铁正中间，并保持磁场作用16小时，得到高度取向的磁性纳米纤维素胶体，再用高温烘干机55℃蒸发得到一种原位附着各向异性磁性纳米生物质纤维抗紫外透明膜。

9、本发明专利提供的方法工艺中，步骤(1)中所述的生物质纤维絮状物经过先粗后细的两种机械搅拌机进行搅碎，以便后续方便加入溶液反应。

10、本发明专利提供的方法工艺中，步骤(2)中所述的tempo、nabr和naclo溶液浓度都在99％以上，且分别与生物质纤维絮状物原料重量的比例为(0.016g:1g)、(0.16g:1g)和(14.2g:1g)。

11、本发明专利提供的方法工艺中，步骤(5)中所述的一定量的fecl3·6h2o和fecl2·4h2o比例按照化学式“fe2++2fe3++8oh-→fe3o4+4h2o”可得参与反应的fe3+与fe2+的重量比例为2:1。

12、本发明专利提供的方法工艺中，步骤(5)中所述的fecl3·6h2o和fecl2·4h2o整体铁含量与纳米级生物质纤维素悬浮液中的生物质纤维素比例为1:1。

13、本发明专利提供的方法工艺中，步骤(6)中所述的适量原位生长后的磁性生物质纳米纤维素的溶液取量分别为0wt％、0.5wt％、1wt％、3wt％、5wt％。

14、本发明专利提供的方法工艺中，步骤(6)中所述的模具尺寸为10.5cm×10.5cm，后续模具尺寸都一致，为使得测量结果更准确。

15、本发明专利提供的方法工艺中，步骤(6)中所述的恒磁钕铁硼方形磁体可以根据距离远近调整作用在取向磁性生物质纤维的磁场大小。

16、本发明与现有技术不同之处在于，本发明取得了如下技术效果：取一定量自研磨搅碎的生物质纤维素材料加入tempo、nabr溶液，并加入naclo溶液进行氧化反应，控制ph为10～10.5室温磁力搅拌反应4个小时，再加入乙醇结束反应，并用去离子水反复过滤，在100mpa的压力下均质成纳米级。取适量fecl3·6h2o和fecl2·4h2o在去离子水中磁力搅拌溶解分散，在90℃的磁力搅拌情况下加入超声过的适量纳米级生物质纤维素悬浮液中，并保持90℃剧烈搅拌4小时，然后用氨水控制稳定ph～7，在85℃下水浴磁力搅拌反应4小时，结束后用去离子水冲洗三次。取适量原位生长后的磁性生物质纳米纤维素的溶液，加入一定量的纳米级生物质纤维素的悬浮液中，振幅90％超声10分钟后倒入模具中，放在两块强磁铁正中间，并保持磁场作用16小时，得到高度取向的磁性纳米纤维素胶体，再用高温烘干机55℃蒸发得到一种原位附着各向异性磁性纳米生物质纤维抗紫外透明膜。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果：

18、1、由于本发明使用的生物质纤维素原料属环保型绿色材料，安全无毒且可完全降解，不会对设备产生腐蚀、给环境带来污染，并且原料易获得，成本低。

19、2、由于本发明可以在常温下进行操作，不需要高温或高压，因此对材料和设备的要求较低，制程简单且成本低。

20、3、由于本发明可以用于各种类型的纤维，包括天然和合成纤维，以及金属纤维。同时，磁取向引导纤维取向还可以用于制备多孔材料和复合材料，进一步扩大了其应用范围。

21、4、由于本发明使用的磁取向技术可以通过调整磁场强度和方向来控制纤维的排列和取向，从而实现对材料性能的精细调控，而且不直接接触材料本身，不会污染材料、增加加工不确定性。

22、5、由于本发明制备的纳米纤维膜具有良好的各向异性，可以满足某些特殊情况下的力学等性能的要求，3wt％的各向异性磁性纳米纤维素薄膜平行纤维方向应力分别超出0wt％、3wt％各向同性磁性纳米纤维素薄膜应力10％、71.6％,而且经过原味附着后的透明膜有着很强的抗紫外效果。

23、6、由于本发明制备的各向异性磁性纳米生物质纤维抗紫外透明膜材料用途广泛，不仅在各向异性力学和抗紫外上有着优异表现，在导热、防水等性能上也有着优异的效果，还可以与其他技术相结合，例如热处理、等离子处理等，以进一步提高纤维的稳定性和性能。

技术特征：

1.一种原位附着各向异性磁性纳米生物质纤维抗紫外透明膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种原位附着各向异性磁性纳米生物质纤维抗紫外透明膜制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的生物质纤维絮状物经过先粗后细的两种机械搅拌机进行搅碎。

3.根据权利要求1所述的一种原位附着各向异性磁性纳米生物质纤维抗紫外透明膜制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的tempo、nabr和naclo溶液浓度都在99％以上，且分别与生物质纤维絮状物原料重量的比例为(0.016g:1g)、(0.16g:1g)和(14.2g:1g)。

4.根据权利要求1所述的一种原位附着各向异性磁性纳米生物质纤维抗紫外透明膜制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述的一定量的fecl3·6h2o和fecl2·4h2o比例按照化学式“fe2++2fe3++8oh-→fe3o4+4h2o”可得参与反应的fe3+与fe2+的重量比例为2:1。

5.根据权利要求1所述的一种原位附着各向异性磁性纳米生物质纤维抗紫外透明膜制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述的fecl3·6h2o和fecl2·4h2o整体铁含量与纳米级生物质纤维素悬浮液中的生物质纤维素比例为1:1。

6.根据权利要求1所述的一种原位附着各向异性磁性纳米生物质纤维抗紫外透明膜制备方法，其特征在于：步骤(6)中所述的适量原位生长后的磁性生物质纳米纤维素的溶液取量分别为0wt％、0.5wt％、1wt％、3wt％、5wt％。

7.根据权利要求1所述的一种原位附着各向异性磁性纳米生物质纤维抗紫外透明膜制备方法，其特征在于：步骤(6)中所述的模具尺寸为10.5cm×10.5cm，后续模具尺寸都一致。

技术总结本发明涉及一种原位附着各向异性磁性纳米生物质纤维抗紫外透明膜制备方法，属于纤维素复合材料领域。目的是为了提供一种工艺简单、生产成本低、高纤维取向的纤维素透明膜的制备方法。取一定量自研磨搅碎的生物质纤维素材料加入TEMPO、NaBr溶液，并加入NaClO溶液进行氧化反应，控制pH为10～10.5室温磁力搅拌反应4个小时，再加入乙醇结束反应，并用去离子水反复过滤，在100Mpa的压力下均质成纳米级，结束后用去离子水冲洗三次，取适量原位生长后的磁性生物质纳米纤维素的溶液，振幅90％超声10分钟后倒入模具中，并保持磁场作用16小时，得到高度取向的磁性纳米纤维素胶体，再用高温烘干机55℃蒸发得到一种原位附着各向异性磁性纳米生物质纤维抗紫外透明膜。技术研发人员：方龙,徐军飞受保护的技术使用者：浙江工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18