一种光致相变型纤维素材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及生物材料技术领域，主要涉及一种光致相变型纤维素材料及其制备方法。


背景技术：

2.偶氮苯有顺式和反式两种异构体，两种异构体在紫外光和可见光刺激下，可以实现可逆的异构化转变。含有偶氮苯基团的有机功能材料，如能借助偶氮苯的光致异构化作用，实现室温及近室温条件下的光致相变作用，则可以实现光能到热能的转化和低温热能的存储与释放。
3.含有偶氮苯基团的光致相变材料，其能量的转化和储存过程如下：在紫外光照射下，平面构型的反式偶氮苯基团会吸收光能异构化为非平面构型的顺式偶氮苯基团，完成光能的转化与存储，同时，偶氮苯基团的异构化诱导材料发生固体到流体的相变，相变过程会吸收环境中的热能；其能量的释放过程如下：在可见光照射下，非平面构型的顺式偶氮苯基团会恢复到平面的反式偶氮苯基团，该异构化过程诱导材料发生流体到固体的相变，释放热能。
4.纤维素是自然界中含量丰富的生物质资源，将其发展成为光致相变型能源材料，用于光能的转化和低温热能的储存，具有重要意义。以纤维素为基础的相变型能源材料，是经济、绿色环保的新能源材料，能够大大提高纤维素的经济价值，有着巨大的应用前景和良好的社会经济效益。然而，天然的纤维素缺乏光致相变的结构基础，无法做为光致相变型能源材料使用。因此，发展以纤维素为基础的光致相变型能源材料具有重要的现实意义。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光致相变型纤维素材料及其制备方法。
6.本发明的技术方案如下：
7.本发明提供一种光致相变型纤维素材料，其制备原料包括羧甲基纤维素钠和含有偶氮苯基团的季铵盐化合物。
8.在本发明中，所述羧甲基纤维素钠含有的糖基单元数目为300～1100个。
9.在本发明中，所述含有偶氮苯基团的季铵盐化合物为溴化n,n-二甲基-n-(4-(4-((4-正辛氧基苯基)二氮烯基)苯氧基)正丁基)-2,5,8,11-四氧杂十三烷-13-铵。
10.在本发明中，所述光致相变型纤维素材料的制备方法，包括：
11.将羧甲基纤维素钠的水溶液与含有偶氮苯基团的季铵盐化合物的水溶液混合，将上述混合液震荡5分钟并经离心处理后舍弃上清液，所得沉淀产物经10小时冻干处理，制得光致相变型纤维素材料。
12.在本发明中，所述光致相变型纤维素材料的制备方法，所述混合液中，羧甲基纤维素钠以糖基单元数计，所述羧甲基纤维素钠与含有偶氮苯基团的季铵盐化合物的摩尔比为1:1～1:5。
13.在本发明中，制备得到光致相变型纤维素材料后，还包括光照诱导所述光致相变型纤维素材料的相变过程。
14.在本发明中，所述光照诱导所述光致相变型纤维素材料的相变过程包括：紫外光照射，诱导所述光致相变型纤维素材料发生固体到流体的相变；可见光照射，诱导所述光致相变型纤维素材料发生流体到固体的相变。
15.在本发明中，所述紫外光照射条件为：波长365nm，强度32mw/cm2，时间1小时。
16.在本发明中，所述可见光照射条件为：波长520nm，强度95mw/cm2，时间10分钟。
17.本发明提供了一种光致相变型纤维素材料及其制备方法，所述光致相变型纤维素材料及其制备方法具有如下特点：
18.1、本发明所得光致相变型纤维素材料，为羧甲基纤维素和含有偶氮苯基团的表面活性剂通过静电作用力结合得到的结合物。
19.2、本发明所得光致相变型纤维素材料，在紫外光照射下，能够通过偶氮苯基团的反式到顺式异构化和材料的固体到流体相变，完成能量的转化与储存。
20.3、本发明所得光致相变型纤维素材料，在可见光照射下，能够通过偶氮苯基团的顺式到反式异构化和材料的流体到固体相变，完成能量的快速释放。
21.4、本发明所得光致相变型纤维素材料，可将其应用于光能与低温热能的储存与利用领域。
22.5、本发明所述光致相变型纤维素材料的制备方法，具有成本低、制备工艺简单等特点。
附图说明
23.图1为实施例1光致相变型纤维素材料的差示扫描量热测试图；
24.图2为实施例1光致相变型纤维素材料在光致相变后的差示扫描量热测试图；
25.图3为实施例1光致相变型纤维素材料在经紫外光照射1小时后再经可见光照射的温度变化图。
具体实施方式
26.本发明提供了一种光致相变型纤维素材料及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
27.下面结合实施例，进一步阐述本发明：
28.实施例1：
29.将102μl浓度为51.6μm的羧甲基纤维素钠(500个糖基单元)水溶液和200μl浓度为13.2mm的溴化n,n-二甲基-n-(4-(4-((4-正辛氧基苯基)二氮烯基)苯氧基)正丁基)-2,5,8,11-四氧杂十三烷-13-铵水溶液在离心管中混合，震荡5分钟，然后将混合液放入离心机中，在相对离心力为6124g的离心条件下离心10分钟，舍弃上清液，将所得沉淀冷冻干燥10小时，制得本发明所述光致相变型纤维素材料。
30.所制备得到的纤维素材料，在未经紫外光照射之前的差示扫描量热测试图如图1所示，根据图1，得出：本发明所述纤维素材料的低温热能存储密度为185.0j/g。
31.所制备得到的纤维素材料，在紫外光(365nm，32mw/cm2)照射1小时后，进行差示扫描量热测试，如图2所示，对比图1，得出：所制得纤维素材料在紫外光(365nm，32mw/cm2)照射1小时后，能够达到150.1j/g的能量存储密度。
32.所制备得到的纤维素材料，在可见光(520nm，95mw/cm2)照射下能够快速放出热能，如图3所示，得出：所制得纤维素材料在可见光(520nm，95mw/cm2)照射下，1分钟内升温明显，5分钟内最高升温3.6℃。
33.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域内的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种光致相变型纤维素材料，其特征在于，其合成原料包括羧甲基纤维素钠和含有偶氮苯基团的季铵盐化合物。2.根据权利要求1所述的光致相变型纤维素材料，其特征在于，所述羧甲基纤维素钠含300～1100个糖基单元。3.根据权利要求1所述的光致相变型纤维素材料，其特征在于，所述含有偶氮苯基团的季铵盐化合物为溴化n,n-二甲基-n-(4-(4-((4-正辛氧基苯基)二氮烯基)苯氧基)正丁基)-2,5,8,11-四氧杂十三烷-13-铵。4.根据权利要求1～3任一项所述光致相变型纤维素材料的制备方法，其特征在于，包括：将羧甲基纤维素钠的水溶液与含有偶氮苯基团的季铵盐化合物的水溶液混合，将上述混合液震荡5分钟并经离心处理后舍弃上清液，所得沉淀产物经10小时冻干处理，制得光致相变型纤维素材料。5.根据权利要求4中所述光致相变型纤维素材料的制备方法，其特征在于，所述混合液中，羧甲基纤维素钠以糖基单元数计，所述羧甲基纤维素钠与含有偶氮苯基团的季铵盐化合物的摩尔比为1:1～1:5。

技术总结
本发明涉及生物材料技术领域，主要涉及一种光致相变型纤维素材料及其制备方法。本发明所述制备方法，将羧甲基纤维素钠和含有偶氮苯基团的季铵盐化合物在水相通过静电作用力结合得到复合物，复合物经离心和冷冻干燥处理，得到光致相变型纤维素材料。制得的光致相变型纤维素材料，可以在紫外光和可见光照射下，通过偶氮苯的顺反异构化和材料的相态变化，实现能量的存储与释放。本发明制备的光致相变型纤维素材料可以应用于能量存储等相关领域。维素材料可以应用于能量存储等相关领域。


技术研发人员：吴中涛 赵静 张蕾
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：2021.11.18
技术公布日：2022/1/28