一种湿度响应变色型纳米纤维素杂化材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种湿度响应变色型纳米纤维素杂化材料及其制备方法与应用。

背景技术

纤维素纳米晶（CNC）是由天然纤维素制备而成，是由一种长度为100～400nm、直径为5～10 nm的高晶棒状颗粒组成，具有许多独特的性能，如高强度、高纵横比、高比表面积、低密度等。同时纤维素纳米晶材料也有着来源广泛、制备简单、价格便宜等优点，因而在气体传感、生物医疗、环境安全等领域具有广泛的应用前景，已成为当前的研究热点。开发简单、经济的方法来制备具有湿度响应变色型的纳米纤维素杂化材料，可应用于湿度的可视化监测，因而具有广阔的应用前景。

发明内容

基于上述背景，本发明提供一种湿度响应变色型纳米纤维素杂化材料及其制备方法与应用。本发明提供的纳米纤维素杂化材料，具有湿度变色响应性能，且制备工艺简单、环保、成本低廉，且适于放大生产。

本发明技术方案：

一种湿度响应变色型纳米纤维素杂化材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将30份纤维素纳米晶分散于5000份去离子水中，在室温下搅拌30min，得到均匀的纤维素纳米晶分散液，备用；

（2）取10份乙酸铜和11份二水乙酸锌溶于1000份水中，搅拌30min得到均匀的乙酸铜/乙酸锌溶液，备用；

（3）将步骤(2)所得乙酸铜/乙酸锌溶液加入至步骤(1)所得的纤维素纳米晶分散液中，在室温下搅拌2h，得到均匀的共混液，备用；

（4）取21份的均苯三甲酸，将其加入于9000份的水中，在100℃下搅拌5min，得到均匀的均苯三甲酸溶液，备用；

（5）将步骤(4)所得的均苯三甲酸溶液加入至步骤(3)所得的共混液中，在100℃下搅拌反应30min，随后依次经离心分离、用去离子水洗涤、干燥，得到改性的纤维素纳米晶（其颜色为绿色）；

（6）将步骤(5)得到的改性的纤维素纳米晶材料放置于氨气中5min，即得到湿度响应变色型纳米纤维素杂化材料（其颜色为蓝色）。

本发明所制备得到的纳米纤维素杂化材料，具有湿度响应变色功能，且可以重复使用、制备工艺简单、环保、成本低廉，且适于放大生产，在湿度的可视化监测、气体传感、环境安全等领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明制备的湿度响应变色型纳米纤维素杂化材料的扫描电镜图；

图2本发明实施例步骤(5)所得改性纤维素纳米晶与实施例步骤(6)所得纤维素杂化材料的红外光谱图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述， 有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明包括范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整，其中所述原料份数除特殊说明外，均为质量份数。

在具体实施例中，纤维素纳米晶采用的是采用的是由桂林奇宏科技有限公司提供的产品，其直径为4～10nm， 长度为100～500nm；；乙酸铜、二水合乙酸锌是由西陇科学有限公司提供的分析纯级试剂；均苯三甲酸、氨水是由罗恩试剂有限公司提供的分析纯级试剂。

实施例：

一种湿度响应变色型纳米纤维素杂化材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将30份纤维素纳米晶分散于5000份去离子水中，在室温下搅拌30min，得到均匀的纤维素纳米晶分散液，备用；

（2）取10份乙酸铜和11份二水乙酸锌溶于1000份水中，搅拌30min得到均匀的乙酸铜/乙酸锌溶液，备用；

（3）将步骤(2)所得乙酸铜/乙酸锌溶液加入至步骤(1)所得的纤维素纳米晶分散液中，在室温下搅拌2h，得到均匀的共混液，备用；

（4）取21份的均苯三甲酸，将其加入于9000份的水中，在100℃下搅拌5min，得到均匀的均苯三甲酸溶液，备用；

（5）将步骤(4)所得的均苯三甲酸溶液加入至步骤(3)所得的共混液中，在100℃下搅拌反应30min，随后依次经离心分离、用去离子水洗涤、干燥，得到改性的纤维素纳米晶（其颜色为绿色）。

（6）将步骤(5)得到的改性的纤维素纳米晶材料放置于氨气中5min，即得到湿度响应变色型纳米纤维素杂化材料（其颜色为蓝色）。

本发明制备得到的湿度响应变色型纳米纤维素杂化材料，其颜色为蓝色，暴露于相对湿度为90%的环境中后，其颜色变为绿色，说明该纳米纤维素杂化材料具有优异的湿度响应变色性能；此外，将上述颜色变为绿色的纳米纤维素杂化材料，放置于氨气中5min后，其颜色恢复为蓝色，再将其暴露于相对湿度为90%的环境中后，其颜色又变为绿色，说明该纳米纤维素杂化材料具有可逆的湿度响应变色性能，可以重复使用。

综上所述，本发明所制备得到的纳米纤维素杂化材料，具有优异的湿度响应变色功能，且可以重复使用、制备工艺简单、环保、成本低廉，且适于放大生产，在湿度的可视化监测、气体传感、环境安全等领域具有广泛的应用前景。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。