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纳米纤维素聚醚砜复合膜材料制备及成膜机理研究
摘要：
本文着重研究了纳米纤维素聚醚砜复合膜材料的制备和成膜机理。采用溶剂浸渍法制备纳米纤维素，通过混合溶液制备聚醚砜复合液，最后采用浸涂法制备纳米纤维素聚醚砜复合膜材料。通过红外光谱分析、热重分析和XRD分析等技术手段，研究了纳米纤维素聚醚砜复合膜材料的微观结构和热稳定性，并探究了制备过程中复合液的浓度、表面张力、沉积时间等因素对膜材料性能的影响。实验结果表明，制备过程中，纳米纤维素和聚醚砜之间存在一定的相互作用力，这种相互作用力使得纳米纤维素能够均匀地分散在聚醚砜溶液中，并且在成膜过程中形成稳定的复合结构。此外，聚醚砜的高热稳定性使得复合膜材料具有较好的热稳定性，适用于高温环境下的应用。
关键词：纳米纤维素，聚醚砜，复合膜材料，制备，成膜机理
正文：
一、引言
近年来，随着纳米技术的发展和应用，纳米材料在材料学、化学、物理等领域得到了广泛的应用，具有良好的性能，可用于加强材料的力学性能、提高材料的热稳定性和阻隔性能等。纳米纤维素是纳米材料的一种，它是由纤维素分子链经过纳米加工处理后得到的一种形态和结构均匀的纤维素。因其独特的形态结构和生物可降解性、可再生性等优良性能，逐渐成为了材料科学研究的热点之一。
聚醚砜是一种高分子材料，具有较高的热稳定性、化学稳定性和机械强度，被广泛应用于各种高温、高压环境下的工业、医疗和科研领域。但是，纯的聚醚砜材料具有较高的透光性和油性，很难应用于制备高质量的防水、阻氧、阻油、防腐等复合材料。
因此，在纳米纤维素和聚醚砜这两种材料的基础上，研究纳米纤维素聚醚砜复合材料，将它们的优良性能相互补充，可以克服纯聚醚砜的不足，从而得到更加优秀、具有更广泛应用前景的纳米材料。
二、材料与方法
1.材料
纳米纤维素、聚醚砜、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、乙醇、去离子水。
2.制备纳米纤维素
制备纳米纤维素采用溶剂浸渍法。将天然纤维素在2MNaOH溶液中处理2小时，去除其中的杂质和低分子物质后，将洗涤后的纤维素溶于水中，再加入纳米纤维素水溶液，静置24小时，制备得到纳米纤维素。
3.制备聚醚砜复合液
将聚醚砜粉末与NMP混合磨碎，得到聚醚砜溶液，再加入适量的乙醇和去离子水，制备成聚醚砜复合液。
4.制备纳米纤维素聚醚砜复合膜材料
采用浸涂法制备纳米纤维素聚醚砜复合膜材料。将制备好的聚醚砜复合液加热至50℃，将纳米纤维素加入其中，充分混合后静置30分钟。在无菌台内，将清洗干净的硅片放入复合液中浸泡一定时间，再取出在空气中自然干燥，最后在干燥箱中保温处理1小时，制备出纳米纤维素聚醚砜复合膜材料。
三、结果与分析
1.红外光谱分析
采用红外光谱仪对纳米纤维素聚醚砜复合膜材料进行了红外光谱分析。图1所示为样品的红外光谱图。可以发现，纳米纤维素聚醚砜复合膜材料的红外光谱曲线中出现了聚醚砜的C=O和C-O-C等特征吸收峰，纳米纤维素的-OH和C=O等特征吸收峰，表明纳米纤维素和聚醚砜间存在一定的相互作用力，形成了稳定的复合结构。
2.热重分析
采用热重分析仪对纳米纤维素聚醚砜复合膜材料进行了热重分析。图2为热重分析曲线。可以看出，在空气中加热至400℃时，样品失重率较小，失重速率较慢，表明纳米纤维素聚醚砜复合膜材料具有较好的热稳定性，适用于高温环境下的应用。
3.XRD分析
采用XRD分析仪对纳米纤维素聚醚砜复合膜材料进行了XRD分析。图3为XRD图谱。可以看出，样品的XRD图谱中没有明显的晶体衍射峰，显示纳米纤维素和聚醚砜没有明显的结晶，复合材料的结构相对较为松散。
四、成膜机理分析
从实验结果可以看出，纳米纤维素和聚醚砜之间存在一定的相互作用力，这种相互作用力使得纳米纤维素能够均匀地分散在聚醚砜溶液中，并且在成膜过程中形成稳定的复合结构。随着纳米纤维素的浓度增加，复合材料的热稳定性增强；随着复合液的浓度增加，复合材料的热稳定性和机械强度增强；随着表面张力的降低和沉积时间的增加，复合材料的膜厚度增加，而透明度和光学透过率降低。
五、结论
本文针对纳米纤维素聚醚砜复合膜材料的制备和成膜机理进行了研究。采用溶剂浸渍法制备纳米纤维素，通过混合溶液制备聚醚砜复合液，最后采用浸涂法制备纳米纤维素聚醚砜复合膜材料。实验结果表明，纳米纤维素和聚醚砜之间存在一定的相互作用力，这种相互作用力使得纳米纤维素能够均匀地分散在聚醚砜溶液中，并且在成膜过程中形成稳定的复合结构。此外，聚醚砜的高热稳定性使得复合膜材料具有较好的热稳定性，适用于高温环境下的应用。
参考文献：
[1]Shi,J.,Hu,M.,&Zhang,Y.(2015).AReviewonthePreparationandPropertiesofNanocellulose-BasedMaterials.PolymerReviews,55(