一種全纖維素納米復合膜的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種全纖維素納米復合膜的制備方法，此制備方法包括利用二醋酸纖維素溶液為基體相，將納米纖維素均勻分散于基體溶液中，澆鑄成型，在真空負壓條件下揮發溶劑成膜；再將復合膜在常壓、密閉條件下進行堿處理，脫除二醋酸纖維素的乙酰基生成再生纖維素，制備出全纖維素納米復合膜。本發明制得的全纖維素納米復合膜兩相相容性好，透明性和隔氧性好，機械性能優異，解決了制備全纖維素納米復合膜過程中溶劑的選擇和工藝復雜性問題，可以在材料加工、食品包裝、可降解環保材料等領域廣泛應用。
【專利說明】一種全纖維素納米復合膜的制備方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種全纖維素納米復合膜的制備方法，屬于聚合物基復合材料的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]全纖維素復合材料是指復合材料中的增強相和基體相均為纖維素材料，而全纖維素納米復合材料是指復合材料中的增強相為納米級的纖維素材料。由于解決了纖維和基體的界面粘接問題，全纖維素納米復合材料，具有非常優異的機械性能。此外，纖維素的來源豐富、價格低廉、可再生以及完全降解等特性，使得全纖維素納米復合材料成為一種很有發展前途的復合材料。
[0003]全纖維素納米復合材料的制備首先要解決纖維素的溶解問題，較為傳統的方法是把纖維素溶于離子溶劑體系(如[AMIM]+CD、混合溶劑體系(如LiCl / DMAc)或堿脲體系(LiOH / urea / H2O)中，之后將納米纖維素分散在纖維素溶液中，采用凝固浴_干燥方法成膜。還有，對高分子量的濾紙纖維素進行表面選擇性溶解，溶解纖維素的外層無序結構形成基體相，保留決定纖維素優異機械性能的結晶部分，這樣結晶部分相當于增強相，和基體相具有良好的相容性。這些制備方法選用的溶劑一般比較昂貴、難以回收，而且溶解條件較為苛刻，后續的成型工藝復雜，使得全纖維素納米復合材料的制備成本比較高。
[0004]二醋酸纖維素是纖維素的一種重要衍生物，易溶于丙酮及其他酮、醇和醚類溶劑中，具有很好的成膜性。而且二醋酸纖維素在堿作用下會發生脫乙酰化反應，生成纖維素。以二醋酸纖維素為基體，以納米纖維素為增強相，制備納米復合材料，再對復合材料進行堿處理，使得其中的二醋酸纖維素基體相轉變為纖維素基體相，即可制得全纖維素納米復合材料。避免了傳統方法制備全纖維素復合材料時，工藝復雜、成本較高的纖維素溶解過程。
【發明內容】
[0005]本發明旨在提供一種全纖維素納米復合膜的制備方法。利用二醋酸纖維素易于溶解，且在堿作用下可脫乙酰化生成纖維素的特性，以二醋酸纖維素溶液為基體相，將納米纖維素均勻分散于基體之中，在抽真空條件下揮發溶劑成膜，之后堿處理脫乙酰化，制備出全纖維素納米復合膜。
[0006]本發明的技術方案如下:首先將l_6wt%的納米纖維素在二醋酸纖維素的溶劑中通過高速攪拌、超聲作用分散均勻；而后配制一定濃度的二醋酸纖維素溶液；然后將上述兩種液體混合，通過攪拌、超聲作用使得納米纖維素均勻地分散在二醋酸纖維素的基體溶液中。將混合均勻的液體緩慢澆鑄在成型底板上，之后把成型底板放到真空壓縮袋中，并保證成型底板水平放置；用真空泵抽真空，形成負壓，可以控制溶劑的揮發，也使得膜內部緊密無空隙。把復合膜置于封閉、常壓的脫乙酰化堿處理體系中，在磁力攪拌(300r / min)條件下處理3h，再將膜固定于兩塊玻璃板之間30°C下真空干燥。即得全纖維素納米復合膜。
[0007]其中的納米纖維素可以是纖維素納米微纖、纖維素納米晶體。[0008]其中的二醋酸纖維素纖維素溶劑可以是丙酮、乙酸甲酯、四氫呋喃、氯仿和丙酮-甲醇。
[0009]其中的二醋酸纖維素的脫乙酰化堿處理體系可以是氫氧化鈉-水溶液、氫氧化鉀-乙醇溶液、甲醇鈉-甲醇溶液。
[0010]本發明的有益效果在于利用二醋酸纖維素易于溶解，且在堿作用下可脫乙酰化生成纖維素的特性，以二醋酸纖維素為基體，以納米纖維素為增強相，制備納米復合材料，再對復合材料進行堿處理，使得其中的二醋酸纖維素基體相轉變為纖維素基體相，即可制得全纖維素納米復合材料。避免了傳統方法制備全纖維素復合材料時，工藝復雜、成本較高的纖維素溶解過程。制備的全纖維素納米復合膜具有優異的物理機械性能、良好的透明性和隔氧性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1:全纖維素納米復合材料的拉伸性能，
【具體實施方式】
[0012]實施實例I
[0013](I)微纖化纖維素水懸浮液的制備
[0014]將纖維素水漿液首先用行星式球磨機研磨處理，所加的纖維素水漿液占真空球磨罐體積的三分之二，在600r / min轉速下研磨20min,得到微米級纖維素水懸浮液；之后對懸浮液進行高壓均質化處理，在機器壓力為113MPa下通過高壓均質機30次，即制備微纖化纖維素水懸浮液。
[0015](2)納米纖維素水性懸浮液分散介質的轉換
[0016]對納米纖維素水懸浮液進`行離心處理(轉速為4000r / min,經驗表明在該轉速下，納米纖維素會沉降在離心管下層，而不會引起團聚；分散時間6min)，分離除去其中的一部分水，補充加入丙酮，再次離心分離，重復該操作，相當于以丙酮對納米纖維素水懸浮液的稀釋過程，逐漸減少納米纖維素懸浮液中的水含量，把分散介質由水轉換為丙酮；對納米纖維素丙酮懸浮液進行超聲細胞粉碎機處理(輸出功率400W，時間IOmin)、高速分散處理(轉速1000Or / min,時間4min),促進納米纖維素在丙酮中的分散。
[0017](3)鑄膜液的均一化處理
[0018]將納米纖維素丙酮懸浮液液和一定濃度的醋酸纖維素-丙酮溶液混合，先在磁力攪拌器(300r / min)上進行密閉攪拌混合，再用高速分散機(轉速為1000Or / min，時間4min)使納米纖維素在基體溶液中均勻分散,形成均一穩定的鑄膜液。
[0019](4)復合膜的成膜工藝
[0020]將混合均勻的鑄膜液緩慢倒入水平放置的培養皿中，傾倒鑄膜液時應保證鑄膜液穩定流淌于培養皿的中間，并逐漸向四周擴散，之后把培養皿放到真空壓縮袋中，并保證培養皿水平放置；用真空泵抽真空，形成負壓，可以控制溶劑的揮發，也使得膜內部緊密無空隙。
[0021](5)脫乙酰化處理
[0022]把復合膜置于封閉、常壓的KOH-乙醇體系中，并置于磁力攪拌器(300r / min)上磁力攪拌，處理3h，取出全纖維素納米復合膜，固定于兩塊玻璃板之間30°C下真空干燥，保證膜的表面平整光滑不翹曲。
[0023]實施實例2
[0024](I)納米纖維素晶須水懸浮液的制備
[0025]將微晶纖維素粉末充分溶脹于去離子水中。在冷水浴條件下往其中滴定濃硫酸至質量分數64%，不斷攪拌直至無明顯結塊，然后置于45°C恒溫水浴中攪拌2h ;取一定量的去離子水進行稀釋后進行離心處理(轉速12000r / min，時間IOmin)，重復多次直至上層液為渾濁，收集該上層液。最后經過透析和超聲處理，即制備納米纖維素晶須水懸浮液。
[0026](2)納米纖維素水性懸浮液分散介質的轉換
[0027]對納米纖維素水懸浮液進行離心處理(轉速為4000r / min,經驗表明在該轉速下，納米纖維素會沉降在離心管下層，而不會引起團聚；分散時間6min)，分離除去其中的一部分水，補充加入丙酮，再次離心分離，重復該操作，相當于以丙酮對納米纖維素水懸浮液的稀釋過程，逐漸減少納米纖維素懸浮液中的水含量，把分散介質由水轉換為丙酮；對納米纖維素丙酮懸浮液進行超聲細胞粉碎機處理(輸出功率400W，時間IOmin)、高速分散處理(轉速1000Or / min,時間4min),促進納米纖維素在丙酮中的分散。
[0028](3)鑄膜液的均一化處理
[0029]將納米纖維素丙酮懸浮液液和一定濃度的醋酸纖維素-丙酮溶液混合，先在磁力攪拌器(300r / min)上進行密閉攪拌混合，再用高速分散機(轉速為1000Or / min，時間4min)使納米纖維素在基體溶液中均勻分散,形成均一穩定的鑄膜液。
[0030](4)復合膜的成膜工藝
[0031]將混合均勻的鑄膜液緩慢倒入水平放置的培養皿中，傾倒鑄膜液時應保證鑄膜液穩定流淌于培養皿的中間，并逐漸向四周擴散，之后把培養皿放到真空壓縮袋中，并保證培養皿水平放置；用真空泵抽真空，形成負壓，可以控制溶劑的揮發，也使得膜內部緊密無空隙。
[0032](5)脫乙酰化處理
[0033]把復合膜置于封閉、常壓的KOH-乙醇體系中，并置于磁力攪拌器(300r / min)上磁力攪拌，處理3h，取出全纖維素納米復合膜，固定于兩塊玻璃板之間30°C下真空干燥，保證膜的表面平整光滑不翹曲。
【權利要求】
1. 一種全纖維素納米復合膜的制備方法，其特征在于首先利用二醋酸纖維素溶液為基體相，將納米纖維素均勻分散于基體溶液中，在真空負壓條件下揮發溶劑成膜；再將復合膜在常壓、密閉條件下進行堿處理，脫除二醋酸纖維素的乙酰基生成再生纖維素，制備出全纖維素納米復合膜。
2.根據權利要求1所述的一種全纖維素納米復合膜的溶液制備方法，其特征在于所述二醋酸纖維素的溶劑可以是丙酮、乙酸甲酯、四氫呋喃、氯仿和丙酮-甲醇。
3.根據權利要求1所述的一種全纖維素納米復合膜的溶液制備方法，其特征在于所述二醋酸纖維素在氫氧化鈉-水溶液、氫氧化鉀-乙醇溶液、甲醇鈉-甲醇溶液中都可以完全脫乙酰化，得到再生纖維素。
4.根據權利要求1所述的一種全纖維素納米復合膜的溶液制備方法，其特征在于所述的納米纖維素增強相包括纖維素納米微纖、纖維素納米晶體。
【文檔編號】C08J7/12GK103627016SQ201310651449
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】王瑋, 陳帥, 劉曉亞, 邱程廣, 馬收 申請人:江南大學