聚乙烯醇纳米纤维素辐射松碳量子点复合薄膜的制备及性能研究.docx

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1、聚乙烯醇/纳米纤维素/辐射松碳量子点复合薄膜的制备及性能研究摘要：向聚乙烯醇中添加荧光碳量子点制备出薄膜具有荧光现象,为改善薄膜的力学性能，我们引入纳米纤维素，如此可以扩大碳量子点的运用范围。本文制备不同含量碳量子点的聚乙烯醇和聚乙烯醇/纳米纤维素薄膜，采用流延干燥法制备复合薄膜。将制备出的复合薄膜采用荧光光谱仪、紫外光度计、红外光谱仪等仪器进行测试表征，研究不同含量碳量子点对复合薄膜的影响以及将聚乙烯醇/纳米纤维素/辐射松碳量子点薄膜与聚乙烯醇/辐射松碳量子点薄膜进行对比。研究发现，不同含量辐射松碳量子点的聚乙烯醇/纳米纤维素/辐射松碳量子点薄膜荧光强度也不同，且荧光强度随着碳量子点含量增加

2、而增大，本文中发现当碳量子点原溶液超过3m1,激发光给予碳量子点的能量发生转移导致荧光强度降低。研究还发现聚乙烯醇/纳米纤维素/碳量子点薄膜比聚乙烯醇/碳量子点薄膜弹性模量高出一倍且不受碳量子点含量影响。随着碳量子点含量变化，紫外光透过率也相应变化，并且成正比关系，说明加入碳量子点的薄膜可以用于调节紫外光透过率。制备出复合薄膜可用于制作透明防伪材料，抵抗紫外的产品包装。关键词：辐射松碳量子点；聚乙烯醇：纳米纤维素；荧光性；阻挡紫外光。rationandpropertiesofpo1yviny1a1coho1/nanoce11u1ose/radiatedpinecarbonquantumdots

3、compositefi1msABSTRACT：Inordertoimprovethemechanica1propertiesofthefi1mspreparedbyaddingf1uorescentcarbonquantumdotstopo1yviny1a1coho1,nanoce11u1osewasintroduced.Inthispaper,po1yviny1a1coho1andpo1yviny1a1coho1/nanoce1Iu1osefi1mswithdifferentcontentofcarbonquantumdotswereprepared.Thepreparedcomposite

4、fi1msweretestedandcharacterizedbyf1uorescencespectrometer,u1travio1etphotometer,infraredspectrometerandotherinstruments.TheeffectsofaddingdifferentcontentofcarbonquantumdotsonthecompositefiImswerestudied.Thepo1yviny1a1coho1/nanoce11u1ose/carbonquantumdotfi1mswerecomparedwiththepo1yviny1a1coho1/fi1ms

5、.Itwasfoundthatthef1uorescenceintensityofpo1yviny1a1coho1nanoceI1u1ose/carbonquantumdotfi1mswithdifferentcontentofcarbonquantumdotswasa1sodifferent,andthecarbonquantumdotef1uorescenceintensityincreasedwiththeincreaseofthecontentofcarbonquantumdots.Whentheconcentrationofcarbonquantumdotswastoohigh,th

6、eenergytransferfromexcited1ighttocarbonquantumdots1eadstothedecreaseoff1uorescenceintensity.Itwasa1sofoundthatthemechanica1strengthofpo1yviny1a1coho1/nanoce11u1ose/carbonquantumdotfi1mwastwiceashighasthatofpo1yviny1a1coho1/carbonquantumdotfi1mandwasnotaffectedbythecontentofcarbonquantumdot.Withthech

7、angeofthecontentofcarbonquantumdots,theu1travio1et1ighttransmittancea1sochangescorresponding1yandisindirectproportion,indicatingthatthefi1mcontainingcarbonquantumdotscanbeusedtoadjusttheu1travio1et1ighttransmittance.Thecompositefi1mcanbeusedtomaketransparentanti-counterfeitingmateria1,U1travio1etbar

8、rierproductpackaging.Keywords:Radiatedpinecarbonquantumdots;Po1yviny1a1coho1;Nanoce11u1ose;F1uorescence;B1ocku1travio1et1ight.1引言随着人类社会文明进步，经济水平不断提高，人们越来越重视可持续发展，因此，社会各界人士纷纷投入到如何减少废弃物排放，提高自然资源利用率。所以针对一些工业废品，我们应该同收并进行高效率利用其价值。我国每年都要消耗大量木材。在处理原木过程中会产生大量木材废料不同学界的人士有不同的看法。本文提出想法是将辐射松木丝粉碎，再进行高温水热反应生成碳量子点

9、溶液，将碳量子点(CQDs)溶液与聚乙烯醇(PVA)复合制成薄膜，水热反应后剩余木渣可作为肥料使用，可改善辐射松木丝被废弃处理地利用价值。本文研究将聚乙烯醇、纳米纤维素和荧光碳量子点进行复合，制备聚乙烯醇/纳米纤维素/碳量子点(PVACNFCQDS)复合薄膜。制成的薄膜具有较好荧光性能，可用于包装行业，并且聚乙烯醇与纳米纤维素都是可降解材料，符合可持续发展观。本文研究制备聚乙烯醇/纳米纤维素/辐射松碳量子点复合薄膜，以及测试复合薄膜的性能；此外研究加入不同含量辐射松碳量子点下复合薄膜在紫外光照射下的荧光强度变化情况。1. 1聚乙烯醇聚乙烯醇(PVA)在室内是一种白色或微带黄色的固体，聚乙烯醇对

10、人体无害，并且无毒性无异味。聚乙烯醇在65。C以上水溶液中开始溶解。聚乙烯醇成膜性好，具有优越的透光性能，且化学性能稳定可以用于制作包装材料。1.2 纳米纤维素纤维素(C6H1005)n在自然界中储存量非常高，富含纤维素的原材料如小麦桔秆，植物树干，以及玉米秆等。由于目前纤维素是一种天然的、可再生的材料并且生产方便、产量高，所以纤维素诸多领域得到运用。纳米纤维素是由多个纤维素晶体或者单个纤维素晶体构成，直径尺寸在ITOOnn1之间。纳米纤维素热膨胀系数低，杨氏模量高，比表面积高和抗拉强度高，因此纳米纤维素常被用在复合薄膜材料中，用来提高材料的力学强度“司。由于纳米纤维素的长径比高和自身的网状结

11、构，使得纳米纤维素具备优越的机械性能。通过添加不同含量的纳米纤维素，制备含有纳米纤维素的复合薄膜，此类复合薄膜的力学强度会成倍数提高,1.3 碳量子点自碳量子点被发现以来，碳量子点越来越受到各界研究人员喜爱，碳量子点具有一般量子点的优点，且带有荧光现象故称荧光碳量子点。碳量子点是一种生物相容性好、毒性低的碳纳米材料，具备金属量子点的各种优点。与金属量子点相比碳量子点因具有低毒性的优势而被广泛应用于医学中生物成像目前碳量子点研究领域被广泛关注，关于高效提取碳量子点还在不断地改进。如今制取碳量子点方法众多，如一步水热合成法”微波法.、碳化法:等。依据目前社会发展形式，国内外研究人员都在迫切寻找如何

12、绿色高效提取碳量子点，并且能够高效收获碳量子点。1.4 研究目的（1）制备聚乙烯醇/辐射松碳量子点复合薄膜；（2）探究聚乙烯醇/纳米纤维素/辐射松碳量子点薄膜的荧光性能、阻水性能和紫外阻隔性能，可用于制备防伪包装及透明紫外阻隔包装。（3）探究聚乙烯醇/纳米纤维素/辐射松碳量子点薄膜随着辐射松碳量子点浓度变化薄膜的荧光趋势。2实验仪罂与方法2. 1实验材料实验材料主要包括辐射松、聚乙烯醇和纳米纤维素，见表2-1。表2T实验原料实验原料名称规格原料来源去离子水一自制辐射松粉末90目自制纳米纤维素悬浮液分析纯中山纳纤丝新材料有限公司聚乙烯醇分析纯阿拉丁2.2 实验仪器和设备实验采主要设备的具体型号和

13、种类，见表2-2。表2-2实验所用的设备设备名称型号生产厂家电子天平JJ500常熟市双节测试仪器厂HH-S数显恒温油浴锅XMTD-702金坛市科析仪器有限公司多功能粉碎机400Y永康市钳欧五金制品有限司集热式恒温加热磁力搅拌器DF-IO1S河南省予华仪器有限公司数显恒温水浴锅HH-I南京先欧生物科技有限公司超声波细胞粉碎机X0-1200南京先欧仪器制造有限公司电热鼓风干燥箱101-2BS北京市恒诺利兴科技有限公司万能力学试验机CTM2500日本岛津公司场发射扫描电镜S-4800日本日立有限公司三用紫外分析仪ZF-I上海驰唐电子有限公司奥林巴斯显微镜CX41南京奥力科学仪器有限公司傅里叶红外变化

14、光谱仪（FTIR）NICO1ETIS1OThermoSCIENTIFIC,Inc,USA透射电子显微镜JEM-2100日本电子株式会社紫外/可见光光谱仪1ambda950美国珀金埃尔默公司荧光分光光度计1S-55美国珀金埃尔默公司荧光光谱仪F-7000HITACHI2.3 碳量子点的制备2. 3.1辐射松量子点制备采用一步水热法来制备辐射松荧光碳量子点，实验操作如下：（1）将辐射松木丝放入105鼓风干燥机内进行干燥处理数小时，待木丝接近绝干后取出木丝，用粉碎机粉碎木丝，将粉碎的木丝用90目分子筛过滤得到90目辐射松木粉，将木粉放入烘箱干燥至绝干状态，取出并密封保存（如图2.3.1a）o（2）用

15、电子天平准确称取绝干的90目辐射松木粉1.3g于烧杯中，向烧杯中加入70m1去离子水，将烧杯内溶液搅拌均匀后密封，把溶液注入高压反应釜中容量为IOOni1,放入油浴锅中反应8h温度设定为200C。当溶液反应时间达到8h时关闭油浴锅加热开关，等待油浴锅自然冷却后取出反应釜，将反应釜放在室内冷却到室温。将反应后的混合物倒入洁净的烧杯中，利用真空泵减压抽滤，用0.22Hn1规格的滤纸过滤上层清液，除去大颗粒产物，最终烧杯内得到黄色液体就是辐射松碳量子点溶液（如图2.3.1b）0图2.3.1a90E1辐射松木丝，b辐射松碳量子点溶液2.4聚乙烯醇溶液的制备利用电子天平准确称取聚乙烯醇固体颗粒IOg放入IOOnI1干净的烧杯中，向烧杯内加入90m1的去离子水中，将烧杯放入磁力搅拌加热锅内，用保鲜膜覆盖烧杯口防止加热过程中水蒸气蒸发而导致实验误差,将温度设置为96,转速设置为20rmin.待水温上升到96C时计时开始，持续恒温搅拌两小时取出烧杯，此时烧杯内的溶液则为IOWt%的聚乙烯醇溶液。2.5聚乙烯醇/辐射松碳量子点复合薄膜的制备1 .实验步骤(1)取部分碳量子点原溶液按需求稀释置于漩口玻璃瓶内保存，以备使用；(2)取配置好的聚乙烯醇溶液IOm1置于25m1烧杯内，向烧杯内加入辐射松碳量子点溶液，碳量子点原溶液含量分别为0