一種高強(qiáng)高韌纖維素納米晶彩色膜及其制備方法
【專利說(shuō)明】-種高強(qiáng)高初纖維素納米晶彩色膜及其制備方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種高強(qiáng)高初纖維素納米晶彩色膜及其制備方法，屬于生物材料領(lǐng) 域，也屬于薄膜制備領(lǐng)域。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 纖維素是自然界中廣泛存在的可再生資源。隨著石油化石資源的枯竭，纖維素引 起了人們的廣泛關(guān)注。纖維素材料微納米化得到的纖維素納米晶，W其獨(dú)特的性質(zhì)如高比 表面積、高長(zhǎng)徑比、高模量、表面基團(tuán)豐富等特點(diǎn)引起人們大量研究。本發(fā)明中采用硫酸酸 解制備的纖維素納米晶，其懸浮液表現(xiàn)出明顯的溶致型液晶的特點(diǎn)。纖維素納米晶溶致型 液晶方面的應(yīng)用主要集中在纖維素納米晶彩色膜及纖維素納米晶作為模板等方面。本發(fā)明 設(shè)及纖維素納米晶彩色膜。纖維素納米晶形成的膽醬型液晶彩色膜在防偽標(biāo)示等方面具有 十分廣闊的應(yīng)用前景。但形成的彩色膜初性差等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用。通過(guò)纖維素納米晶與 高分子復(fù)合進(jìn)行增初是常用的方法，如中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為CN102449052A的專利就是利用纖 維素納米晶與高分子復(fù)合形成柔性復(fù)合彩色膜，記載了所述誘注形成具有定向結(jié)構(gòu)的所述 納米晶體纖維素顆粒的濕膜，并且將所述濕膜進(jìn)行干燥而所述聚合物將所述顆粒間隔，在 定向結(jié)構(gòu)的納米晶體纖維素顆粒之間形成柔性橋。而本發(fā)明的方法中無(wú)需使用任何高分子 材料與纖維素納米晶復(fù)合即可提高纖維素納米晶彩色膜的強(qiáng)度和初性。本發(fā)明首先將纖維 素納米晶懸浮液制成彩色膜，再用濃堿溶液對(duì)其進(jìn)行后處理，使得纖維素納米晶由化rml晶 型變?yōu)榛痳mn晶型且無(wú)定形區(qū)含量提高，同時(shí)提高彩色膜的強(qiáng)度和初性，獲得纖維素納米 晶的高強(qiáng)高初彩色膜。而紅外光譜結(jié)果表明纖維素納米晶表面的橫酸根脫除，熱分析實(shí)驗(yàn) 則證明彩色膜的耐熱性得到了提高。纖維素納米晶的膽醬型螺旋結(jié)構(gòu)仍能得到保留，并且 其顏色隨濃堿處理的時(shí)間發(fā)生改變。本發(fā)明采用的方法較其他方法而言，具有W下優(yōu)點(diǎn):膜 的組成僅為纖維素納米晶，屬于完全的生物可降解物質(zhì);制備方法簡(jiǎn)單，只需將純纖維素納 米晶彩色膜直接浸入堿中處理后即可獲得高的強(qiáng)度和初性;該高強(qiáng)高初纖維素納米晶彩色 膜的顏色可W通過(guò)改變?cè)跐鈮A溶液中處理的時(shí)間進(jìn)行調(diào)控;在制備高強(qiáng)高初彩色膜的過(guò)程 中會(huì)將纖維素納米晶表面的橫酸根除去使得膜的耐熱性得到提高。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003] [要解決的技術(shù)問(wèn)題]
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)高初纖維素納米晶彩色膜。
[0005] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種高強(qiáng)高初纖維素納米晶彩色膜的制備方法。
[0006] 本發(fā)明的另一目的還在于提供一種通過(guò)濃堿溶液處理的時(shí)間調(diào)控彩色膜顏色的 方法。
[0007] 本發(fā)明的另一目的還在于可W提供一種通過(guò)濃堿溶液處理提高彩色膜耐熱性提 高的方法。
[000引[技術(shù)方案]
[0009] 本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)高初纖維素納米晶彩色膜及其制備方法，該方法通過(guò)濃堿 溶液處理纖維素納米晶彩色膜，使得纖維素納米晶發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，由原來(lái)的化rml晶型變?yōu)?化rmn晶型，且無(wú)定形區(qū)含量提高，獲得高強(qiáng)高初的纖維素納米晶彩色膜，同時(shí)提高所制膜 的耐熱性，該膜的顏色可W通過(guò)改變?cè)跐鈮A溶液中處理的時(shí)間進(jìn)行調(diào)控。
[0010] 本發(fā)明可W通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0011] -種纖維素納米晶彩色膜，其特征在于該彩色膜僅包含纖維素納米晶組分，該彩 色膜的拉伸強(qiáng)度為75-120MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為2.4~7.7 %。
[0012] 所述的纖維素納米晶彩色膜，其特征在于該彩色膜是通過(guò)首先W纖維素納米晶為 原料制得薄膜，再將該薄膜用濃度為10~30%堿溶液處理，從而獲得纖維素納米晶的彩色 膜;該彩色膜的顏色可W通過(guò)改變?cè)跐鈮A溶液中處理的時(shí)間進(jìn)行調(diào)控。
[0013] 所述的纖維素納米晶彩色膜，其特征在于該纖維素納米晶彩色膜可W采用誘鑄成 膜、抽濾成膜或其他常規(guī)成膜方法制備。
[0014] 所述的纖維素納米晶彩色膜的制備方法，其特征在該方法包括如下步驟：
[0015] (1)纖維素納米晶懸浮液的制備:將紙漿纖維素加入到濃硫酸中加熱攬拌進(jìn)行酸 解，后加入去離子水終止反應(yīng)，將溶液靜置后去除上清液，將下層溶液進(jìn)行離屯、分離，將離 屯、獲得的沉淀進(jìn)行洗涂并重復(fù)離屯、，直至上清液變渾濁;加入適量水再次離屯、，獲得穩(wěn)定分 散的纖維素納米晶懸浮液，將該懸浮液超聲處理后置于冰箱冷藏層備用；
[0016] (2)將上述步驟獲得的纖維素納米晶懸浮液稀釋至0.5~1.5%，將稀釋后的纖維 素納米晶懸浮液超聲處理0.5~15h;
[0017] (3)取適量上述超聲處理的纖維素納米晶懸浮液成膜制備得到纖維素納米晶膜；
[0018] (4)將獲得的纖維素納米晶膜置于10~30%的堿溶液中加熱并靜置處理3~16小 時(shí)，將處理后的膜水洗W去除膜上殘留的堿，再干燥，最終獲得纖維素納米晶彩色膜。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，其特征在于所用的堿為K0H，化0H，Li0H等水 溶性強(qiáng)堿。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，其特征在于纖維素納米晶在濃堿處理前后纖 維素納米晶的晶型發(fā)生變化，由化rml晶型變?yōu)榛痳mn晶型，且無(wú)定形區(qū)含量由4.2%提高 至 25% ~40%。
[0021] 本發(fā)明設(shè)及一種通過(guò)將纖維素納米晶膜使用膜置于10~30%的堿溶液中加熱處 理3~16小時(shí)W提高該膜的強(qiáng)度和初性的方法。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，其特征在于通過(guò)濃堿溶液的處理可W使得纖 維素納米晶彩色膜的最大降解速度溫度提高100-140攝氏度。
[0023] 所述的纖維素納米晶彩色膜在防偽標(biāo)識(shí)材料、非線性光學(xué)材料、圓偏振材料、偏振 光檢測(cè)器及生物傳感器等方面有著極大的應(yīng)用價(jià)值。
[0024] 所述的纖維素納米晶彩色膜的制備方法進(jìn)一步描述如下：
[0025] (1)纖維素納米晶懸浮液的制備：將紙漿纖維素加入到60~65%的濃硫酸中在45 ~55 Γ下攬拌進(jìn)行酸解，后加入十倍體積的去離子水終止反應(yīng)，將溶液靜置后去除上清液， 將下層溶液進(jìn)行離屯、分離，將離屯、獲得的沉淀進(jìn)行洗涂并重復(fù)離屯、，直至上清液變渾濁。加 入適量水再次離屯、，獲得穩(wěn)定分散的纖維素納米晶懸浮液，將該懸浮液超聲處理后置于冰 箱冷藏層，備用。
[0026] (2)將纖維素納米晶懸浮液稀釋至0.5~1.5%，將稀釋后的纖維素納米晶懸浮液 超聲0.5~15h，更優(yōu)選為2~lOh，最優(yōu)選為2~化。
[0027] (3)纖維素納米晶膜的制備:取用適量上述處理的纖維素納米晶懸浮液真空抽濾 獲得纖維素納米晶膜，抽濾壓力為0.06~0.09MPa。膜的制備也可W采用誘鑄成膜或其他常 規(guī)制膜方法。
[0028] (4)高強(qiáng)高初纖維素納米晶彩色膜的制備：將獲得的纖維素納米晶膜置于10~ 30%的堿溶液中50~70°C靜置處理2~16h，更優(yōu)選為2~12h，最后選為3~12h，將處理后的 膜用大量的水沖洗，去除膜上殘留的堿，再置于室溫環(huán)境中干燥，即可獲得高強(qiáng)高初的纖維 素納米晶彩色膜。
[0029] 上述方案中所述的纖維素為紙漿纖維素，結(jié)晶度為30~40%，聚合度為600,分子 量為97000左右。同時(shí)也可采用棉短絨纖維、濾紙纖維、木漿纖維素等作為原料。
[0030] 上述原料的濃度均為質(zhì)量百分濃度，而且均可來(lái)自市售品。
[0031] 本發(fā)明所用的薄膜，其厚度為20~70μπι，優(yōu)選為20~50μπι，最終選為25~40WI1。
[0032] 為方便說(shuō)明，本發(fā)明中WNaOH為示例強(qiáng)堿進(jìn)行闡述。
[0033] [有益效果]
[0034] 由于本發(fā)明采用了如上技術(shù)方案，因而具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0035] 1、高強(qiáng)高初:獲得的纖維素納米晶彩色膜的初性在濃堿溶液處理后得到大幅度提 高，膜的拉伸強(qiáng)度由處理前的50M化可W提升至處理后的75~120MPa，更優(yōu)選高于90MPa;同 時(shí)材料的斷裂伸長(zhǎng)率由處理前的0.9%提升至2.4~7.7%。
[0036] 2、顏色可調(diào)控:高強(qiáng)高初纖維素納米晶彩色膜的顏色可W通過(guò)改變濃堿溶液的處 理時(shí)間進(jìn)行調(diào)控。
[0037] 3、耐熱性好:最終獲得的纖維素納米晶高強(qiáng)高初彩色膜的耐熱'性也得到大幅提 高，最大降解速度溫度由處理前的170°C提高到處理后的290~300°C左右。
[0038] 4.方法簡(jiǎn)便:將纖維素納米晶的彩色膜浸入濃堿溶液中處理即可獲得高強(qiáng)高初的 纖維素納米晶彩色膜。
[0039] 5.取向好:在所制高強(qiáng)高初纖