本發明涉及一種超支化聚酰胺功能化納米纖維素的制備方法,屬于纖維素納米材料功能化領域。
背景技術:
納米纖維素是至少一維尺寸達到1-100 nm的纖維素材料,作為一種新型的納米生物質材料,日益受到科學和產業界的廣泛關注。納米纖維素具有極大的比表面積、高結晶度、高模量、高強度等特性不同于宏觀尺寸的纖維素材料,被廣泛應用于增強聚合物基復合材料。與普通的無機納米材料比較,納米纖維素還具有天然聚合物的生物降解性、生物相容性、可再生以及環境友好等特性,在組織工程、藥物載體以及熒光納米指示劑等生物醫藥方面具有突出的優勢。但是納米纖維素表面存在大量的羥基和極性基團使得納米纖維素和普通納米材料一樣極易發生團聚,很難在非極性聚合物基體中分散和相容。表面改性是實現納米纖維素應用的關鍵步驟,直接關系到納米纖維素填充復合材料的性能。表面功能化改性一方面可以降低納米纖維素聚集,另一方面可以提高與基體的相容性。因此,尋找有效的功能化納米纖維素是其在增強聚合物,生物醫學,透明材料等方面應用的前提。
技術實現要素:
本發明的目的是提供一種超支化聚酰胺功能化納米纖維素的制備方法。
本發明是通過以下技術方案實現的:一種超支化聚酰胺功能化納米纖維素的制備方法,其步驟包括:
A、納米纖維素加入一定量水中,用超聲儀或均質儀分散,形成纖維素納米晶體懸浮液;
B、在纖維素納米晶體懸浮液中加入選擇性氧化劑,避光反應,氧化劑與納米纖維素重量比為0.5-2:1;
C、將氧化后的納米纖維素離心分離后收集下層固體,用去離子水洗滌數次后,然后置于能反應殘留氧化劑的溶液中浸泡,浸泡時間30-60min,再經去離子水充分洗滌;
D、將氧化納米纖維素置于超支化聚酰胺水溶液中反應,然后離心分離后收集下層固體,用去離子水洗滌。
進一步的,步驟B中所述氧化劑為高碘酸鹽,氧化溫度為20- 60 ℃,氧化時間30-180 min,氧化pH=4-9。
進一步的,所述高碘酸鹽為NaIO4或KIO4。
進一步的,步驟C中所述溶液為丙三醇,乙二醇或乙醇。
進一步的,步驟D中所述超支化聚酰胺為脂肪族聚酰胺、芳香族聚酰胺或者脂肪與芳香族混合聚酰胺。
進一步的,步驟D中所述超支化聚酰胺溶液濃度為1-15g/L,反應溫度20-60℃,反應時間5-30分鐘。
進一步的,所述納米纖維素為納米晶體、納米晶須或納米纖絲。
本發明制得的納米纖維素表面具有大量的胺基和酰胺基等官能團,官能團與納米纖維素表面形成化學結合,提高了結合的穩定性,同時能夠降低納米纖維素的聚集,與聚酯、聚酰胺、聚乳酸,單寧,木質素和蛋白質等合成和天然極性高分子相容性好。
具體實施方式
為了更好地理解本發明,下面用具體實例來詳細說明本發明的技術方案,但是本發明并不局限于此。
實施例1
A、納米晶體加入水中,用超聲儀或均質儀分散,形成纖維素納米晶體懸浮液;
B、在1 wt %的纖維素納米晶體懸浮液中加入NaIO4氧化劑,調節pH=4,40℃避光反應30 min,氧化劑與納米纖維素重量比為0.5:1;
C、氧化納米纖維素用去離子水洗滌數次后,然后置于1mol/L的丙三醇溶液中浸泡30min,再經去離子水充分洗滌,氧化產物主要是醛類官能團;
D、將氧化納米纖維素置于濃度為1g/L的脂肪族超支化聚酰胺(由丁二酸酐和二乙基三胺熔融縮聚法制備)溶液中反應,反應溫度60℃,反應時間30分鐘,然后洗滌。
E、添加超支化聚酰胺功能化納米纖維素的單寧膠黏劑壓制的膠合板,未改性單寧膠黏劑壓制的膠合板性能為0.52MPa,添加未改性納米纖維的單寧膠黏劑壓制膠合板性能為0.64MPa,添加超支化聚酰胺功能化納米纖維素的單寧膠黏劑壓制的膠合板性能為0.77MPa,與未改性納米纖維改性膠黏劑相比膠合性能提高20%。
實施例2
A、納米纖絲加入水中,用超聲儀或均質儀分散,形成纖維素納米晶體懸浮液;
B、在wt1 %的纖維素納米晶體懸浮液中加入NaIO4氧化劑,調節pH=8,50℃避光反應50 min,氧化劑與納米纖維素重量比為1:1;
C、氧化納米纖維素用去離子水洗滌數次后,然后置于1mol/L的乙醇溶液中浸泡45min,再經去離子水充分洗滌,氧化產物主要是醛類官能團;
D、將氧化納米纖維素置于濃度為3g/L的超支化芳香族聚酰胺(由鄰苯二甲酸酐和二乙基三胺等熔融縮聚法制備)溶液中反應,反應溫度40℃,反應時間15分鐘,然后洗滌。
E、經檢測,添加超支化聚酰胺功能化納米纖維素的單寧膠黏劑壓制的膠合板,未改性單寧膠黏劑壓制的膠合板性能為0.52MPa,添加未改性納米纖維的單寧膠黏劑壓制膠合板性能為0.64MPa,添加超支化聚酰胺功能化納米纖維素的單寧膠黏劑壓制的膠合板性能為0.79MPa,與添加為改性納米纖維相比膠合性能提高23%。
實施例3
A、納米晶須加入水中,用超聲儀或均質儀分散,形成纖維素納米晶體懸浮液;
B、在wt1 %的纖維素納米晶體懸浮液中加入KIO4氧化劑,調節pH=9,60℃避光反應80 min,氧化劑與納米纖維素重量比為1:1;
C、氧化納米纖維素用去離子水洗滌數次后,然后置于1mol/L的乙二醇溶液中浸泡40min,再經去離子水充分洗滌,氧化產物主要是醛類官能團;
D、將氧化納米纖維素置于濃度為5g/L的超支化芳香族聚酰胺(由鄰苯二甲酸酐和二乙基三胺等熔融縮聚法制備)溶液中反應,反應溫度40℃,反應時間15分鐘,然后洗滌。
E、經檢測,添加超支化聚酰胺功能化納米纖維素的大豆蛋白膠黏劑壓制的膠合板,未改性大豆蛋白膠黏劑壓制的膠合板性能為0.62 MPa,添加未改性納米纖維的大豆蛋白膠黏劑壓制膠合板性能為0.71MPa,添加超支化聚酰胺功能化納米纖維素的大豆蛋白膠黏劑壓制的膠合板性能為0.84MPa,與添加未改性納米纖維相比膠合性能提高18%。
實施例4
A、納米纖絲加入水中,用超聲儀或均質儀分散,形成纖維素納米晶體懸浮液;
B、在wt1 %的纖維素納米晶體懸浮液中加入NaIO4氧化劑,調節pH=6,20℃避光反應180 min,氧化劑與納米纖維素重量比為2:1;
C、氧化納米纖維素用去離子水洗滌數次后,然后置于1mol/L的乙醇溶液中浸泡60min,再經去離子水充分洗滌,氧化產物主要是醛類官能團;
D、將氧化納米纖維素置于超支化脂肪族與芳香族聚酰胺(由一定比例丁二酸酐和鄰苯二甲酸酐與二乙基三胺熔融縮聚法制備)的混合溶液反應,其中濃度為15g/L,反應溫度20℃,反應時間5分鐘,然后洗滌。
E、經檢測,添加超支化聚酰胺功能化納米纖維素的尼龍66,未改性尼龍66的拉伸性能為63.0 MPa,添加未改性納米纖維的尼龍66的拉伸性能為68.4 MPa,添加超支化聚酰胺功能化納米纖維素尼龍66的拉伸性能為83.5MPa,與未改性納米纖維相比拉伸性能提高22%。