CN108276588B - 一种水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系及紫外屏蔽型透明薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系及紫外屏蔽型透明薄膜的制备方法，首次通过添加少量具有优异热力学稳定性能性、紫外屏蔽性能的芳纶纳米纤维，将纳米纤维素与芳纶纳米纤维经过高剪切及再分散技进行均匀混合与分散，经过超声脱气、真空抽滤、低温干燥等步骤得到具有一定透明度的紫外屏蔽纳米纤维复合薄膜。本发明采用天然植物纤维为基本原料，降低了生产成本，有效解决了现阶段紫外屏蔽材料所存在的有毒、难降解等问题。同时采用合成芳纶纳米纤维显著改善了复合材料的热力学性能和优异的紫外屏蔽性能。本发明制备过程简单、成本低廉，性能优异且绿色可降解，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系及紫外屏蔽型透明薄膜的制备方法。
背景技术
随着人类现代工业化活动的加剧，可吸收大气中99％紫外线的臭氧层已遭到严重地破坏。过多的紫外线辐射不仅会导致地球上有机高分子材料发生降解和老化，更严重的是人类自身也会患上皮肤类癌症。
为了尽量减少紫外辐射所带来的危害，紫外屏蔽材料成为近年的研究热点。根据屏蔽原理，紫外屏蔽材料可分为紫外反射剂和紫外吸收剂。目前，紫外反射剂应用比较广泛的是具有较高折射率的(纳米)无机金属氧化物如氧化锌、(纳米)二氧化钛和二氧化硅等；紫外吸收剂主要是分子结构上有连接于芳香族衍生物上的吸收波长小于400nm的发色基团或助色基团的有机化合物如二苯甲酮类、苯并***类和草酰苯胺等。在紫外线作用下，紫外反射型屏蔽材料光热稳定性好，催化活性高，但是存在难分散，透明度低和紫外屏蔽波段窄的问题。此外，过高催化活性也会导致其所在的分散质发生老化和降解，进一步使材料自身寿命减少、紫外屏蔽性能受损。相比之下，紫外吸收型屏蔽材料屏蔽效率高、透明性好，但是部分具有毒性且耐光热性能较差，这也是目前阻碍紫外吸收型屏蔽材料发展的重要原因。因此，寻求一种绿色透明、耐光热、在紫外全波段都具有高屏蔽效果的紫外屏蔽材料迫在眉睫。
纤维素是一种由D-吡喃葡萄糖单元通过β-1-4糖苷键相互连接而成的线性天然高分子材料，具有原料分布广、绿色可降解、可再生的特点。近年来，在纳米技术的高速推动下，纳米纤维素，作为一种重要的纳米构筑基元，因具有大长径比、高比表面积、高表面活性和优异的力学性能而广泛应用于透明薄膜、柔性显示和隔热保温等材料领域。基于纳米尺寸所特有的纳米效应及其分子结构特点，尽管纯纳米纤维素薄膜材料在自然可见光下呈现高透明性，然而在实际应用中，纳米纤维素对环境湿度的高度敏感性导致最终薄膜材料的力学性能远低于理论性能。此外，纳米纤维素在太阳光紫外波段内吸收较少，这极大限制了纳米纤维素在高透明紫外屏蔽材料中应用的可能性。
芳纶纳米纤维(直径为5-30nm)是近年来比较新颖的一类高性能合成纳米基元材料。通过碱溶法定向破环宏观芳纶分子结构中的横向氢键和范德华作用力，芳纶纳米纤维继承了宏观芳纶纤维大部分结构和性能(分子结构和化学结构，力学性能以及热稳定性)。区别于宏观芳纶纤维，芳纶纳米纤维具有大长径比和高比表面积，其表面丰富的活性基团为芳纶纳米纤维与其他极性材料进行混合与交联奠定了基础。此外，芳纶纤维属于芳香族衍生物之一，其分子结构上连接有丰富的吸收波长小于400nm的酰胺键，可在紫外全波段区表现出优异的紫外屏蔽性能。因此，芳纶纳米纤维，作为一种新型的透明紫外吸收剂在紫外屏蔽材料领域中有着广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系及紫外屏蔽型透明薄膜的制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明有效地解决了现阶段紫外屏蔽材料所存在的透明度低、难分散、紫外波段吸收波段窄、有毒难降解的技术难题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系的制备方法，包括以下步骤：
(1)将对位芳纶纤维X、氢氧化钾、二甲基亚砜置于容器中，搅拌分散，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液A；
(2)将步骤(1)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液A进行稀释，得到均匀分散的芳纶纳米纤维分散液B；
(3)将纳米纤维素Y加入去离子水进行搅拌分散，得到均匀分散的纳米纤维素悬浮液C；
(4)将步骤(3)中得到的纳米纤维素悬浮液C，在搅拌产生的高剪切作用下，向其高压注射步骤(2)中得到的芳纶纳米纤维分散液B，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维/纳米纤维素分散液D；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维/纳米纤维素分散液D通过真空抽滤，得到混合纳米纤维E；
(6)将步骤(5)中得到的混合纳米纤维E通过无水乙醇和去离子水反复洗涤，得到胶体状混合纳米纤维F；
(7)将步骤(6)中得到的胶体状混合纳米纤维F在搅拌作用下重新分散于去离子水中，得到水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系。
进一步地，步骤(1)中对位芳纶纤维X、氢氧化钾和二甲基亚砜比例为1g：1.5g：500ml，所述的对位芳纶纤维X是对位芳纶纱线纤维、对位芳纶短切纤维、对位芳纶浆粕纤维和对位芳纶沉析纤维中的一种。
进一步地，步骤(2)中采用DMSO对分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液A进行稀释，得到的芳纶纳米纤维分散液B的浓度为0.1mg/mL。
进一步地，步骤(3)中纳米纤维素悬浮液C的质量浓度为1％，所述的纳米纤维素Y为经过化学氧化处理、化学预处理协同机械处理或化学酸水解得到的纳米结晶纤维素。
进一步地，步骤(4)中高压注射是利用不锈钢高压射流泵，射流压力为5～15MPa，射流速度为0.2～2.0mL/s；步骤(4)得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维/纳米纤维素分散液D中芳纶纳米纤维与纳米纤维素的质量比为(1～8)：100。
进一步地，步骤(5)中真空抽滤采用的滤膜为500目尼龙滤膜；步骤(6)中洗涤用无水乙醇的体积与混合纳米纤维E质量的比为1mL:5mg～1mL:2mg；所述洗涤用去离子水与混合纳米纤维E的质量比为10:1～5:1。
进一步地，步骤(7)中胶体混合纳米纤维F在去离子水中的分散浓度为0.5～5mg/mL。
进一步地，步骤(1)中搅拌是指在密封条件下，在30～60℃温度下搅拌5～8天；步骤(3)步骤中拌转速为1000rpm，搅拌时间为12h，步骤(4)中搅拌转速为600～3000rpm；步骤(7)中搅拌转数为500～2500rpm，搅拌时间30～180min。
一种采用上述的水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系制备紫外屏蔽型透明薄膜的方法，包括以下步骤：
步骤一：超声脱气：将水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系置于超声清洗器中超声脱气处理；
步骤二：真空抽滤：将步骤一得到的芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系在循环水力真空泵的抽吸作用下得到芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合湿膜，成形质量浓度为0.02％～0.06％；
步骤三：压榨干燥：将步骤二得到的芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合湿膜置于压榨机压榨并干燥得到紫外屏蔽型透明薄膜。
进一步地，步骤一中超声脱气处理时间为10～20min；步骤二中所述真空过滤压力为0.5～1MPa，抽滤时间为2～10min，滤膜为500目尼龙滤膜；步骤三中压榨条件为：压榨压力0.2～1.0MPa，压榨时间3～20min；干燥条件为：干燥温度：70℃，干燥时间48～75h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明采用的芳纶纳米纤维具有优异的力学性能和热稳定性，制备的芳纶纳米纤维薄膜具有高强、高透明、紫外屏蔽效果好的特性，制备过程简单、纳米纤维纯度高、长径比大。本发明利用少量芳纶纳米纤维作为性能优异的紫外吸收剂、氢键交联剂与纳米纤维素进行高效复合制备出一种对环境湿度敏感性不高同时具有优异的力学性能和热稳定性的透明紫外屏蔽型复合薄膜。
为了实现芳纶纳米纤维与纳米纤维素的均匀混合与分散，利用高速剪切及再分散技术，将两种分散于不同溶剂体系的介质先通过氢键以及范德华作用力进行有效交联，然后在再分散的过程中依据溶剂交换原理，将ANF/NCF混合介质重新分散于纯无机体系中，不仅大大降低了溶剂化作用(DMSO)对纳米纤维素的影响，也为混合介质的长期稳定存放、再利用以及后期其他有无机体系的混合与分散提供重要的技术支持。
本发明采用简单有效的纳米混合技术将两种具有不同性能的纳米基元材料进行复合制备出一种绿色的紫外屏蔽型透明材料，突破了传统天然植物纤维与合成纤维相容性差、难复合的瓶颈，为制备纳米纤维素基高性能复合材料提供了一种新的思路与方法，促进了纳米纤维素在现代化领域中的多功能应用。
附图说明
图1是本发明的技术流程示意图；
图2是本发明所制备的纯NFC图；
图3是本发明所制备的ANF添加量为1％的ANF/NFC复合薄膜图；
图4是对比例纯纳米纤维素薄膜和实施例1-5ANF/NFC复合薄膜的紫外-可见光透射谱图。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
一种水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系的制备方法，包括以下步骤：
(1)将对位芳纶纤维X、氢氧化钾、二甲基亚砜置于容器中，搅拌分散，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液A；
其中，对位芳纶纤维X、KOH和DMSO比例为1g：1.5g：500mL；所述的搅拌是指在密封条件下，在30～60℃温度下搅拌5～8天；所述的对位芳纶纤维X是对位芳纶纱线纤维、对位芳纶短切纤维、对位芳纶浆粕纤维和对位芳纶沉析纤维中的一种；
(2)将步骤(1)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维进行稀释处理，得到均匀分散的芳纶纳米纤维分散液B；
其中，采用稀释剂为DMSO，稀释后芳纶纳米纤维分散液的体积浓度为0.1mg/mL；
(3)将纳米纤维素Y加入去离子水进行搅拌分散，得到均匀分散的纳米纤维素悬浮液C；
其中，纳米纤维素悬浮液质量浓度为1％，搅拌速度为1000rpm，搅拌时间为12h，所述的纳米纤维素Y为经过化学氧化(TEMPO氧化)处理、化学预处理协同机械处理和化学酸水解得到的纳米结晶纤维素中的一种；
(4)将步骤(3)中得到的纳米纤维素悬浮液，在搅拌产生的高剪切作用下，向其高压注射步骤(2)中得到的芳纶纳米纤维分散液，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维/纳米纤维素分散液D；
其中，高剪切搅拌转速为600～3000rpm；所述的高压注射是利用不锈钢高压射流泵，射流压力为5～15MPa，射流速度为0.2～2.0mL/s；所述的芳纶纳米纤维与纳米纤维素的质量比为1～8:100；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维/纳米纤维素分散液经过真空抽滤，得到混合纳米纤维E；
其中，真空抽滤采用的滤膜为500目尼龙滤膜；
(6)将步骤(5)中得到的混合纳米纤维通过无水乙醇和去离子水反复洗涤，得到胶体状混合纳米纤维F；
其中，洗涤用无水乙醇的体积与混合纳米纤维质量的比为1mL:5mg～1mL:2mg，洗涤次数为3～5次；所述洗涤用去离子水与混合纳米纤维的质量比为10:1～5:1；
(7)将步骤(6)中得到的胶体状混合纳米纤维在搅拌作用下重新分散于去离子水中，得到水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系：
其中，胶体混合纳米纤维在去离子水中的分散浓度为0.5～5mg/mL；所述搅拌转数为500～2500rpm，搅拌时间30～180min。
一种采用水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系制备紫外屏蔽型透明薄膜的方法，包括以下步骤：
步骤一：超声脱气：将水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系置于超声清洗器中超声脱气处理10-20min；
步骤二：真空抽滤：将步骤一得到的芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系在循环水力真空泵的抽吸作用下得到芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合湿膜，成形质量浓度为0.02％～0.06％，所述抽滤条件为：抽滤压力为0.5～1MPa,抽滤时间为2～10min，滤膜为500目尼龙滤膜；
步骤三：压榨干燥：将步骤二得到的芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合纤维湿膜置于压榨机压榨并干燥得到紫外屏蔽型芳纶纳米纤维/纳米纤维素透明薄膜；所述压榨条件为：压榨压力0.2～1.0MPa，压榨时间3～20min；所述干燥条件为：干燥温度：70℃，干燥时间48～75h。
本发明采用天然植物纤维为基本原料，降低了生产成本，有效解决了现阶段紫外屏蔽材料所存在的有毒、难降解等问题。同时采用合成芳纶纳米纤维显著改善了复合材料的热力学性能和优异的紫外屏蔽性能。本发明制备的复合材料与目前常规紫外屏蔽材料生产相比，制备过程简单、成本低廉，性能优异且绿色可降解，具有广阔的应用前景。此外，本发明所采用的高速剪切及再分散技术为有无机体系的均匀混合与分散提供了重要的技术借鉴与支持。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
对比实施例
步骤一：将质量浓度为1％的纳米纤维素在搅拌速度为1000rpm的作用下搅拌12h，得到均匀分散的纳米纤维素悬浮液；
步骤二：将步骤一得到的纳米纤维素悬浮液经过超声脱气10min,接着在真空压力为0.5MPa的条件下抽滤2min得到成形质量浓度为0.06％的纯NCF湿膜；
步骤三：将步骤二得到的湿膜在压榨压力为0.2MPa条件下压榨3min；
步骤四：将步骤三得到的的湿膜在干燥温度为70℃下干燥48h，得到纯NCF薄膜，如图2所示。
在室温下，利用紫外-可见光分光光度计对本实施所制得的复合薄膜进行检测。检测结果表明(图4)，ANF/NFC复合薄膜在整个紫外-可见光波段内尤其是300-800nm有着较高的透射率(高达90％)，尽管呈现高透明特点但是不能较好满足材料高紫外屏蔽性能的要求。
实施例1
(1)将1g对位芳纶纱线纤维、1.5g氢氧化钾和500ml二甲基亚砜置于容器中，在密封条件下，在30℃温度下搅拌8天，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液A；
(2)将步骤(1)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维用DMSO进行稀释，得到均体积浓度为0.1mg/mL的芳纶纳米纤维分散液B；
(3)将化学酸水解得到的纳米纤维素中加入去离子水在搅拌速度为1000rpm的作用下搅拌12h，得到均匀分散的质量浓度为1％的纳米纤维素悬浮液C；
(4)将步骤(3)中得到的纳米纤维素悬浮液C，在搅拌转速为600rpm的作用下，向其高压注射步骤(2)中得到的芳纶纳米纤维分散液，芳纶纳米纤维与纳米纤维素的质量比为1:100，射流压力为5MPa，射流速度为0.2ml/s，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维/纳米纤维素分散液D；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维/纳米纤维素分散液通过500目的尼龙滤膜真空抽滤，得到芳纶纳米纤维/纳米纤维素混合纤维E；
(6)将步骤(5)中得到的混合纳米纤维通过无水乙醇和去离子水分别反复洗涤3次，每次洗涤所需无水乙醇的体积与混合纳米纤维质量的比为1ml:5mg，所需去离子水与混合纳米纤维的质量比为5:1，得到胶体状混合纳米纤维F；
(7)将步骤(6)中得到的胶体状混合纳米纤维在在500rpm的搅拌作用下，搅拌30min，分散浓度控制在0.5mg/ml，得到水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系G：
本实施例中一种利用由上述方法制备的水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系制备紫外屏蔽型纳米纤维素基透明薄膜的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤一：超声脱气：将上述制备的分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系置于超声清洗器中超声脱气处理12min；
步骤二：真空抽滤：将步骤一得到的芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系在抽滤压力为0.6MPa条件下抽滤3min，得到芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合湿膜，成形质量浓度为0.05％；
步骤三：压榨干燥：将步骤二得到的芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合湿膜置于压榨机压榨并干燥，压榨条件为：压榨压力0.2MPa，压榨时间7min；干燥条件为：干燥温度：70℃，干燥时间55h。
在室温下，利用紫外-可见光分光光度计对本实施所制得的复合薄膜(图3)进行检测。检测结果表明(图4)，ANF/NFC复合薄膜在可见光范围内当ANF添加量为1％的时候，尽管透明度略有下降，但是仍然保持着较高的透过率(高达88％),然而相比较纯NCF，复合膜在紫外区200nm-400nm波段被透过率大幅度下降(低至5％)，进一步说明少量ANF的添加即可显著提高NCF薄膜的紫外屏蔽性能。
实施例2
(1)将1.0g对位芳纶短切纤维、1.5g氢氧化钾和500ml二甲基亚砜置于容器中，在密封条件下，在40℃温度下搅拌7天，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液A；
(2)将步骤(1)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维用DMSO进行稀释，得到均体积浓度为0.1mg/mL的芳纶纳米纤维分散液B；
(3)将化学预处理协同机械处理得到的纳米纤维素加入去离子水在搅拌速度为1000rpm的作用下搅拌12h，得到均匀分散的质量浓度为1％的纳米纤维素悬浮液C；
(4)将步骤(3)中得到的纳米纤维素悬浮液C，在搅拌转速为1000rpm的作用下，向其高压注射步骤(2)中得到的芳纶纳米纤维分散液，芳纶纳米纤维与纳米纤维素的质量比为3:100，射流压力为7MPa，射流速度为0.5ml/s，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维/纳米纤维素分散液D；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维/纳米纤维素分散液通过500目的尼龙滤膜真空抽滤，得到芳纶纳米纤维/纳米纤维素混合纤维E；
(6)将步骤(5)中得到的混合纳米纤维通过无水乙醇和去离子水分别反复洗涤4次，每次洗涤所需无水乙醇的体积与混合纳米纤维质量的比为1ml:2mg，所需去离子水与混合纳米纤维的质量比为10:1，得到胶体状混合纳米纤维F；
(7)将步骤(6)中得到的胶体状混合纳米纤维在在1000rpm的搅拌作用下重新分散于去离子水中，搅拌60min，分散浓度控制在1mg/ml，得到水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系G：
本实施例中一种利用由上述方法制备的水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系制备紫外屏蔽型纳米纤维素基透明薄膜的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤一：超声脱气：将上述制备的水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系置于超声清洗器中超声脱气处理14min；
步骤二：真空抽滤：将步骤一得到的芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系在抽滤压力为0.7MPa条件下抽滤4min，得到芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合湿膜，成形质量浓度为0.04％；
步骤三：压榨干燥：将步骤二得到的芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合湿膜置于压榨机压榨并干燥，压榨条件为：压榨压力0.4MPa，压榨时间10min；干燥条件为：干燥温度：70℃，干燥时间60h。
在室温下，利用紫外-可见光分光光度计对本实施所制得的复合薄膜进行检测。检测结果表明(图4)，ANF/NFC复合薄膜在可见光范围内当ANF添加量为3％的时候，尽管透射率在可见光区依然呈下降趋势，但是最大透射率仍然可达80％；此外，在紫外区尤其是250nm-380nm波段内透过率低至2％，紫外屏蔽性能较ANF添加量为1％的ANF/NCF复合膜更为明显。
实施例3
(1)将1.0g对位芳纶浆粕纤维、1.5g氢氧化钾和500ml二甲基亚砜置于容器中，在密封条件下，在50℃温度下搅拌6天，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液A；
(2)将步骤(1)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维用DMSO进行稀释，得到均体积浓度为0.1mg/mL的芳纶纳米纤维分散液B；
(3)将TEMPO氧化得到的纳米纤维素加入去离子水在搅拌速度为1000rpm的作用下搅拌12h，得到均匀分散的质量浓度为1％的纳米纤维素悬浮液C；
(4)将步骤(3)中得到的纳米纤维素悬浮液C，在搅拌转速为1600rpm的作用下，向其高压注射步骤(2)中得到的芳纶纳米纤维分散液，芳纶纳米纤维与纳米纤维素的质量比为5:100，射流压力为10MPa，射流速度为1ml/s，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维/纳米纤维素分散液D；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维/纳米纤维素分散液通过500目的尼龙滤膜真空抽滤，得到芳纶纳米纤维/纳米纤维素混合纤维E；
(6)将步骤(5)中得到的混合纳米纤维通过无水乙醇和去离子水分别反复洗涤3次，每次洗涤所需无水乙醇的体积与混合纳米纤维质量的比为1ml:2mg，所需去离子水与混合纳米纤维的质量比为10:1，得到胶体状混合纳米纤维F；
(7)将步骤(6)中得到的胶体状混合纳米纤维在在1500rpm的搅拌作用下重新分散于去离子水中，搅拌100min，分散浓度控制在2.5mg/ml，得到水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系G：
本实施例中一种利用由上述方法制备的水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系制备紫外屏蔽型纳米纤维素基透明薄膜的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤一：超声脱气：将上述制备的水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系置于超声清洗器中超声脱气处理16min；
步骤二：真空抽滤：将步骤一得到的芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系在抽滤压力为0.8MPa条件下抽滤6min，得到芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合湿膜，成形质量浓度为0.03％；
步骤三：压榨干燥：将步骤二得到的芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合湿膜置于压榨机压榨并干燥，压榨条件为：压榨压力0.6MPa，压榨时间14min；干燥条件为：干燥温度：70℃，干燥时间65h。
在室温下，利用紫外-可见光分光光度计对本实施所制得的复合薄膜进行检测。检测结果表明(图4)，在ANF添加量为5％的时候，ANF/NFC复合薄膜在可见光范围内最大透射率依然可保持在75％左右，而在紫外区透射率变化较小，同时紫外屏蔽波段向可见光波长方向增加了约15nm。
实施例4
(1)将1.0g对位芳纶沉析纤维、1.5g氢氧化钾和500ml二甲基亚砜置于容器中，在密封条件下，在55℃温度下搅拌5.5天，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液A；
(2)将步骤(1)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维用DMSO进行稀释，得到均体积浓度为0.1mg/mL的芳纶纳米纤维分散液B；
(3)将化学预处理协同机械处理得到的纳米纤维素加入去离子水在搅拌速度为1000rpm的作用下搅拌12h，得到均匀分散的质量浓度为1％的纳米纤维素悬浮液C；
(4)将步骤(3)中得到的纳米纤维素悬浮液C，在搅拌转速为2400rpm的作用下，向其高压注射步骤(2)中得到的芳纶纳米纤维分散液，芳纶纳米纤维与纳米纤维素的质量比为6.5:100，射流压力为13MPa，射流速度为1.5ml/s，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维/纳米纤维素分散液D；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维/纳米纤维素分散液通过500目的尼龙滤膜真空抽滤，得到芳纶纳米纤维/纳米纤维素混合纤维E；
(6)将步骤(5)中得到的混合纳米纤维通过无水乙醇和去离子水分别反复洗涤4次，每次洗涤所需无水乙醇的体积与混合纳米纤维质量的比为1ml:2mg，所需去离子水与混合纳米纤维的质量比为10:1，得到胶体状混合纳米纤维F；
(7)将步骤(6)中得到的胶体状混合纳米纤维在在2000rpm的搅拌作用下重新分散于去离子水中，搅拌140min，分散浓度控制在1.5mg/ml，得到水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系G：
本实施例中一种利用由上述方法制备的水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系制备紫外屏蔽型纳米纤维素基透明薄膜的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤一：超声脱气：将上述制备的水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系置于超声清洗器中超声脱气处理18min；
步骤二：真空抽滤：将步骤一得到的芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系在抽滤压力为0.9MPa条件下抽滤8min，得到芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合湿膜，成形质量浓度为0.02％；
步骤三：压榨干燥：将步骤二得到的芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合湿膜置于压榨机压榨并干燥，压榨条件为：压榨压力0.8MPa，压榨时间17min；干燥条件为：干燥温度：70℃，干燥时间70h。
在室温下，利用紫外-可见光分光光度计对本实施所制得的复合薄膜进行检测。检测结果表明(图4)，ANF/NFC复合薄膜在可见光范围内当ANF添加量为6.5％的时候，最大透射率较ANF添加量为5％的复合薄膜下降仅为2％左右，而在紫外屏蔽波段透过率值及覆盖范围并未显示太大差异。
实施例5
(1)将1.0g对位芳纶短切纤维、1.5g氢氧化钾和500ml二甲基亚砜置于容器中，在密封条件下，在60℃温度下搅拌5天，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液A；
(2)将步骤(1)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维用DMSO进行稀释，得到均体积浓度为0.1mg/mL的芳纶纳米纤维分散液B；
(3)将TEMPO氧化得到的纳米纤维素加入去离子水在搅拌速度为1000rpm的作用下搅拌12h，得到均匀分散的质量浓度为1％的纳米纤维素悬浮液C；
(4)将步骤(3)中得到的纳米纤维素悬浮液C，在搅拌转速为3000rpm的作用下，向其高压注射步骤(2)中得到的芳纶纳米纤维分散液，芳纶纳米纤维与纳米纤维素的质量比为8:100，射流压力为15MPa，射流速度为2ml/s，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维/纳米纤维素分散液D；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维/纳米纤维素分散液通过500目的尼龙滤膜真空抽滤，得到芳纶纳米纤维/纳米纤维素混合纤维E；
(6)将步骤(5)中得到的混合纳米纤维通过无水乙醇和去离子水分别反复洗涤4次，每次洗涤所需无水乙醇的体积与混合纳米纤维质量的比为1ml:2mg，所需去离子水与混合纳米纤维的质量比为10:1，得到胶体状混合纳米纤维F；
(7)将步骤(6)中得到的胶体状混合纳米纤维在在2500rpm的搅拌作用下重新分散于去离子水中，搅拌180min，分散浓度控制在0.5mg/ml，得到水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系G：
本实施例中一种利用由上述方法制备的水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素混合纤维制备紫外屏蔽型纳米纤维素基透明薄膜的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤一：超声脱气：将上述制备的水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系置于超声清洗器中超声脱气处理20min；
步骤二：真空抽滤：将步骤一得到的芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系在抽滤压力为1MPa条件下抽滤10min，得到芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合湿膜，成形质量浓度为0.02％；
步骤三：压榨干燥：将步骤二得到的芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合湿膜置于压榨机压榨并干燥，压榨条件为：压榨压力1MPa，压榨时间20min；干燥条件为：干燥温度：70℃，干燥时间75h。
在室温下，利用紫外-可见光分光光度计对本实施所制得的复合薄膜进行检测。检测结果表明(图4)，在ANF添加量为8％的时候，ANF/NFC复合薄膜在可见光范围内透射率仍可高达76％，同时在紫外屏蔽波段覆盖范围最广，紫外屏蔽性能显示最好。
Claims (8)
1.一种水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将对位芳纶纤维X、氢氧化钾、二甲基亚砜置于容器中，搅拌分散，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液A；
(2)将步骤(1)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液A进行稀释，得到均匀分散的芳纶纳米纤维分散液B；其中，采用DMSO对分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液A进行稀释，得到的芳纶纳米纤维分散液B的浓度为0.1mg/mL；
(3)将纳米纤维素Y加入去离子水进行搅拌分散，得到均匀分散的纳米纤维素悬浮液C；
(4)将步骤(3)中得到的纳米纤维素悬浮液C，在搅拌产生的高剪切作用下，向其高压注射步骤(2)中得到的芳纶纳米纤维分散液B，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维/纳米纤维素分散液D；
其中，高压注射的射流压力为5～15MPa，射流速度为0.2～2.0mL/s；得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维/纳米纤维素分散液D中芳纶纳米纤维与纳米纤维素的质量比为(1～8)：100；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维/纳米纤维素分散液D通过真空抽滤，得到混合纳米纤维E；
(6)将步骤(5)中得到的混合纳米纤维E通过无水乙醇和去离子水反复洗涤，得到胶体状混合纳米纤维F；
(7)将步骤(6)中得到的胶体状混合纳米纤维F在搅拌作用下重新分散于去离子水中，得到水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系。
2.根据权利要求1所述的一种水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系的制备方法，其特征在于，步骤(1)中对位芳纶纤维X、氢氧化钾和二甲基亚砜比例为1g：1.5g：500ml，所述的对位芳纶纤维X是对位芳纶纱线纤维、对位芳纶短切纤维、对位芳纶浆粕纤维和对位芳纶沉析纤维中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系的制备方法，其特征在于，步骤(3)中纳米纤维素悬浮液C的质量浓度为1％，所述的纳米纤维素Y为经过化学氧化处理、化学预处理协同机械处理或化学酸水解得到的纳米结晶纤维素。
4.根据权利要求1所述的一种水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系的制备方法，其特征在于，步骤(5)中真空抽滤采用的滤膜为500目尼龙滤膜；步骤(6)中洗涤用无水乙醇的体积与混合纳米纤维E质量的比为1mL:5mg～1mL:2mg；所述洗涤用去离子水与混合纳米纤维E的质量比为10:1～5:1。
5.根据权利要求1所述的一种水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系的制备方法，其特征在于，步骤(7)中胶体混合纳米纤维F在去离子水中的分散浓度为0.5～5mg/mL。
6.根据权利要求1所述的一种水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系的制备方法，其特征在于，步骤(1)中搅拌是指在密封条件下，在30～60℃温度下搅拌5～8天；步骤(3)步骤中拌转速为1000rpm，搅拌时间为12h，步骤(4)中搅拌转速为600～3000rpm；步骤(7)中搅拌转数为500～2500rpm，搅拌时间30～180min。
7.一种采用权利要求1-6任一项所述的水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系制备紫外屏蔽型透明薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：超声脱气：将水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系置于超声清洗器中超声脱气处理；
步骤二：真空抽滤：将步骤一得到的芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系在循环水力真空泵的抽吸作用下得到芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合湿膜，成形质量浓度为0.02％～0.06％；
步骤三：压榨干燥：将步骤二得到的芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合湿膜置于压榨机压榨并干燥得到紫外屏蔽型透明薄膜。
8.根据权利要求7所述的采用水分散芳纶纳米纤维/纳米纤维素复合体系制备紫外屏蔽型透明薄膜的方法，其特征在于，步骤一中超声脱气处理时间为10～20min；步骤二中所述真空过滤压力为0.5～1MPa，抽滤时间为2～10min，滤膜为500目尼龙滤膜；步骤三中压榨条件为：压榨压力0.2～1.0MPa，压榨时间3～20min；干燥条件为：干燥温度：70℃，干燥时间48～75h。
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