本發明專利技術提供了一種抗老化的納米纖維素基增強改性材料及其制備方法，所述制備方法包括：對纖維素原料依次進行磷酸化處理和納米化處理，得到磷酸化納米纖維素；將所述磷酸化納米纖維素、負載改性云母納米片、非離子表面活性劑和去離子水混合均勻后得到復合懸浮液，對所述復合懸浮液進行超聲分散，得到復合分散液，對所述復合分散液進行噴霧干燥，得到所述納米纖維素基增強改性材料。本發明專利技術將負載改性云母納米片和磷酸化納米纖維素進行復配，制備得到了抗老化的納米纖維素基增強改性材料，該增強改性材料可作為涂料、橡膠、塑料、食品、醫藥材料等高分子材料的性能增強劑來改善產品結構并提高產品的理化性能，如抗老化性能、力學性能及阻燃性能等。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于增強改性材料，涉及一種抗老化的納米纖維素基增強改性材料及其制備方法。
技術介紹
1、纖維素是地球上含量最豐富、可再生、生物相容和可生物降解的天然聚合物，隨著納米技術的出現和發展，纖維素以“納米纖維素”的新形式受到越來越多的關注。納米纖維素除了具有原料來源廣泛、無毒、可再生、可降解等優點外，還具有比表面積大、長徑比高、保水性好、密度低、強度高等特性，在高性能增強復合材料、醫學材料、光學材料等領域均有優異表現。
2、當納米纖維素作為填充劑應用到高分子材料中制備復合材料時，因其表面含有豐富的羥基，極性較強，與基體材料混合時極易發生團聚，在基體中出現分散不均勻、相容性差、熱穩定性差等問題，從而影響了復合材料的力學性能。因此，如何提高納米纖維素與基體材料的相容性，并賦予復合材料一定的抗老化性能是本專利技術需要解決的技術問題。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的不足，本專利技術的目的在于提供一種抗老化的納米纖維素基增強改性材料及其制備方法，本專利技術將負載改性云母納米片和磷酸化納米纖維素進行復配，制備得到了抗老化的納米纖維素基增強改性材料，該增強改性材料可作為涂料、橡膠、塑料、食品、醫藥材料等高分子聚合物的性能增強劑，以改善產品結構并提高產品的理化性能，如抗老化性能、力學性能及阻燃性能等。
2、為達此目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、第一方面，本專利技術提供了一種抗老化的納米纖維素基增強改性材料的制備方法，所述制備方法包括：
>4、（ⅰ）對絹云母進行高溫煅燒處理，得到活化絹云母；采用硝酸溶液對所述活化絹云母進行酸化處理，得到酸化絹云母；采用硝酸鋰對所述酸化絹云母進行鋰化處理，得到鋰化絹云母；采用十六烷基三甲基溴化銨對所述鋰化絹云母進行插層改性處理，得到插層絹云母；對所述插層絹云母進行超聲剝離，得到云母納米片；5、（ⅱ）將去離子水、二氯甲烷和乙醇混合得到復合溶劑，向所述復合溶劑中滴加醋酸溶液以調整其ph值；將硅烷偶聯劑滴入所述復合溶劑中，混合攪拌以發生水解，得到硅烷偶聯劑溶液；將步驟（ⅰ）得到的所述云母納米片分散于所述硅烷偶聯劑溶液中，在水浴加熱條件下進行混合攪拌以發生反應，反應結束后經過濾、洗滌和干燥后得到改性云母納米片；
6、（ⅲ）將步驟（ⅱ）得到的所述改性云母納米片分散于去離子水中，得到云母片分散液，在攪拌條件下向所述云母片分散液中滴加錳源溶液，混合均勻后進行一次水熱反應，得到中間反應溶液；在攪拌條件下向所述中間反應溶液中滴加鈦酸四丁酯溶液，混合均勻后進行二次水熱反應，隨后經過濾、洗滌和干燥后得到負載改性云母納米片；
7、（ⅳ）對纖維素原料依次進行磷酸化處理和納米化處理，得到磷酸化納米纖維素；將所述磷酸化納米纖維素、步驟（ⅲ）得到的負載改性云母納米片、非離子表面活性劑和去離子水混合均勻后得到復合懸浮液，對所述復合懸浮液進行超聲分散，得到復合分散液，對所述復合分散液進行噴霧干燥，得到所述納米纖維素基增強改性材料。
8、本專利技術將負載改性云母納米片和磷酸化納米纖維素進行復配，制備得到了抗老化的納米纖維素基增強改性材料，該增強改性材料可作為涂料、橡膠、塑料、食品、醫藥材料等高分子聚合物的性能增強劑，以改善產品結構并提高產品的理化性能，如抗老化性能、力學性能及阻燃性能等。使用時，可將本專利技術提供的增強改性材料以一定比例摻入基體材料中，混合均勻即可按常規流程生產制造。如在涂料領域，可將本專利技術提供的增強改性材料以一定比例摻入涂料乳液中，混合均勻后涂膜，干燥成膜后即可得到具備優異抗老化性能、力學性能及阻燃性能的漆膜涂層；在塑料領域，可將本專利技術提供的增強改性材料以一定比例與高分子聚合物材料熔融共混擠出，即可得到具備優異抗老化性能、力學性能及阻燃性能的塑料母粒。
9、在本專利技術中，負載改性云母納米片和磷酸化納米纖維素之間存在協同增效作用，具體體現在：
10、一方面，磷酸化納米纖維素為具有較大比表面積和較高長徑比的纖維絲狀結構，其自身具備較高的力學強度，將其加入基體材料（如涂料、塑料、橡膠等）后可以在聚合物基體中形成三維網絡結構骨架，當負載改性云母納米片均勻負載于三維網絡結構骨架上時，磷酸化納米纖維素可以成為負載改性云母納米片之間的“物理橋梁”，在受到外界作用力時，可以實現負載應力的順利傳遞，避免應力集中導致復合材料斷裂。此外，由于負載改性云母納米片經過硅烷偶聯劑改性處理，其表面含有部分硅羥基，可以與磷酸化納米纖維素表面大量存在的游離羥基結合，產生強烈的氫鍵作用，磷酸化納米纖維素與基體材料間也存在氫鍵作用力，因此，磷酸化納米纖維素還可以作為基體材料與負載改性云母納米片之間的“化學橋梁”，通過“物理橋梁”和“化學橋梁”的雙重作用，極大地提高了負載改性云母納米片在聚合物基體中的分散均勻性，從而顯著提升了復合材料的力學性能。
11、另一方面，負載改性云母納米片趨向于平行復合材料表面進行排列，由于負載改性云母納米片為片狀結構，具有彈性且能滑移，可以在復合材料表面組成一層惰性高、堅實而又柔韌的抗化學腐蝕和陽光輻射的保護膜，這層保護膜可以有效阻止大氣和潮氣的透入，從而對復合材料的內部起到阻隔保護作用。再結合磷酸化納米纖維素自身的力學增強特性，一方面可以在復合材料內部形成三維網絡結構骨架，另一方面可以顯著改善負載改性云母納米片在基體材料中的分散均勻性，通過磷酸化納米纖維素和負載改性云母納米片之間的協同增效作用可以顯著提高復合材料的抗老化性能和阻燃性能。
12、云母納米片作為一種二維片狀填料，在基體材料中加入適量云母納米片后可以顯著提高復合材料表面的阻隔性，以提供良好的抗老化性能。本專利技術以絹云母作為原料，通過高溫活化、酸化、鋰化、插層改性和超聲剝離后得到云母納米片，然而，由于云母納米片具有親水性，在基體材料中的分散性較差，易在基體材料中發生團聚，阻礙了云母納米片在復合材料中的優勢發揮，為此，本專利技術對云母納米片進行疏水改性，提高了其在基體材料中的分散均勻性。
13、絹云母是一種具有層狀結構的硅酸鹽礦物質，在高溫活化過程中，絹云母的層間結構中的oh-脫附并轉化為層間水，在煅燒過程中，絹云母片層的內外溫差較大，導致片層中間區域與邊緣區域的溫度梯度較大，邊緣區域的層間水排出速率較快，水分在絹云母周邊富集，封閉了絹云母的層間內部空間，在絹云母片層的邊緣區域發生失水封閉現象，導致層內中間區域的水分難以排出，使得層內中間區域產生較高的蒸汽壓，迫使絹云母片層膨脹，有利于后續十六烷基三甲基溴化銨的有機插層處理。
14、絹云母的理化結構是由兩層硅氧四面體[(si,al)-o4]和中間一層鋁氧八面體[alo2(oh)4]構成的復式硅氧層，層間陽離子主要為鉀離子和鎂離子，由于鉀離子和鎂離子的離子半徑較大，電荷密度較高，離子水化數較大，因此，鉀離子和鎂離子的周圍水分子更多且結合的更加牢固，使得鉀離子和鎂離子失去了離子交換能力，不利于有機插層改性。與此同時，鉀離子剛好鑲嵌在相鄰晶面上面對面的兩個六方網孔中，形成12次配位，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種抗老化的納米纖維素基增強改性材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅰ）中，所述高溫煅燒的加熱溫度為750~850℃；
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅰ）中，所述插層改性處理的過程包括：
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅰ）中，所述超聲剝離的過程包括：
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅱ）中，所述復合溶劑中，去離子水、二氯甲烷和乙醇的體積比為1:(1.3~1.5):(0.5~0.7)；
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅲ）中，所述云母片分散液中的改性云母納米片的質量分數為8~10wt%；
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅳ）中，所述磷酸化處理的操作步驟包括：
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅳ）中，所述納米化處理的操作步驟包括：
9.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅳ）中，所述復合懸浮液中的所述磷酸化納米纖維素的質量分數為1~2wt%；
10.一種采用權利要求1至9任一項所述的制備方法制備得到的抗老化的納米纖維素基增強改性材料。
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【技術特征摘要】
1.一種抗老化的納米纖維素基增強改性材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（ⅰ）中，所述高溫煅燒的加熱溫度為750~850℃；
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟（ⅰ）中，所述插層改性處理的過程包括：
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（ⅰ）中，所述超聲剝離的過程包括：
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（ⅱ）中，所述復合溶劑中，去離子水、二氯甲烷和乙醇的體積比為1:(1.3~1.5):(0.5~0.7)；
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉朝輝，范云鑫，韓承志，焦芃，崔俊杰，
申請(專利權)人：天津永續新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：
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