一種高強(qiáng)度的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法

本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法，屬于納米復(fù)合材料制備領(lǐng)域。其基本特點(diǎn)是對(duì)納米纖維素進(jìn)行陽(yáng)離子化改性處理后，以改性納米纖維素作為增強(qiáng)劑，加入聚乙烯醇溶液中，通過(guò)流延法工藝制備復(fù)合膜。 本發(fā)明制備的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜力學(xué)性能較強(qiáng)且光學(xué)性能優(yōu)良，同時(shí)保留聚乙烯醇復(fù)合膜的生物相容性、可降解性，在高強(qiáng)度可降解包裝材料中具有良好應(yīng)用前景。

權(quán)利要求書

1.一種高強(qiáng)度的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法， 其特征在于如下制備步驟：

（1）制備陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜成膜液

稱取聚乙烯醇和去離子水， 水浴下混合得到聚乙烯醇水溶液， 將陽(yáng)離子化改性納米纖維素以及丙三醇分別加入到聚乙烯醇水溶液中， 室溫?cái)嚢韬笏〕? h；然后水浴靜置消泡，得到陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜成膜液。

（2）制備高強(qiáng)度的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜

將上述成膜液靜置冷卻后， 采用流延法均勻傾倒在玻璃板上，在室溫下風(fēng)干24 h，得到高強(qiáng)度的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜。

2.根據(jù)權(quán)利要求1 所述一種高強(qiáng)度的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法，其特征在于所述陽(yáng)離子化改性納米纖維素為醚化改性納米纖維素。

3.根據(jù)權(quán)利要求1 所述一種高強(qiáng)度的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法，其特征在于步驟（1）所述水浴靜置消泡溫度為70 ℃水浴。

4.根據(jù)權(quán)利要求1 所述一種高強(qiáng)度的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法，其特征在于復(fù)合膜中陽(yáng)離子化改性納米纖維素∶聚乙烯醇∶去離子水∶丙三醇的質(zhì)量比為（2～30）∶（4～5）∶（70～100）∶（2～3）。

5.根據(jù)權(quán)利要求1 所述一種高強(qiáng)度的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法，其特征在于步驟（2）所述陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜厚度為18～19 μm。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料制備領(lǐng)域， 具體涉及一種高強(qiáng)度的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法。

背景技術(shù)

聚乙烯醇(PVA)是一種無(wú)毒、可降解的水溶性的線性多羥基聚合物，具有良好的成膜性、阻隔性、生物相容性。近年來(lái)，聚乙烯醇在包裝領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，但由于其成膜強(qiáng)度性能的缺陷限制了其發(fā)展。

納米纖維素（cellulose nanofibers，CNF）由于其納米尺度而具有高強(qiáng)度、輕質(zhì)的特點(diǎn)，而且可再生、可生物降解，被廣泛應(yīng)用于增強(qiáng)復(fù)合材料、過(guò)濾材料、吸附材料、生物醫(yī)藥材料等領(lǐng)域。 納米纖維素的制備方法包括TEMPO 催化氧化法， 酶處理以及高壓均質(zhì)、超聲處理等機(jī)械處理方法。 將納米纖維素作為增強(qiáng)劑加入聚乙烯醇溶液中， 可制備出高強(qiáng)度復(fù)合膜，但在與聚乙烯醇混合過(guò)程中，由于電性相斥，納米纖維素難以與聚乙烯醇混合均勻，從而影響成膜質(zhì)量。

而對(duì)納米纖維素進(jìn)行陽(yáng)離子化改性能夠很好地解決這個(gè)問(wèn)題。 陽(yáng)離子纖維素作為纖維素的衍生物之一，主要通過(guò)酯化、醚化或者加成試劑對(duì)納米纖維素的處理，在纖維素鏈中引入含有叔胺、季銨鹽和季磷鹽等結(jié)構(gòu)所制備而成， 穩(wěn)定納米顆粒的同時(shí)也賦予納米纖維素新的特性，在紡織印染、環(huán)境防護(hù)等領(lǐng)域均有應(yīng)用。陽(yáng)離子化改性納米纖維素和PVA 極性相近，界面相容性好，都有著良好的可生物降解性，是環(huán)境友好型材料。 陽(yáng)離子有著高剛性和高強(qiáng)度，而PVA 的剛性和強(qiáng)度相對(duì)較弱，制備陽(yáng)離子化改性納米纖維素/PVA 復(fù)合材料可大大拓寬陽(yáng)離子化改性納米纖維素和聚乙烯醇的應(yīng)用， 尤其在高強(qiáng)度可溶性包裝材料領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是： 針對(duì)因聚乙烯醇復(fù)合膜力學(xué)性能的不足， 從而限制其在包裝等領(lǐng)域的應(yīng)用的問(wèn)題， 提供一種高強(qiáng)度的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法。其基本特點(diǎn)是以陽(yáng)離子化改性納米纖維素作為增強(qiáng)劑， 加入聚乙烯醇溶液中， 通過(guò)流延法工藝制備出力學(xué)性能較強(qiáng)且光學(xué)性能優(yōu)良的高強(qiáng)度復(fù)合膜。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)施：

（1）制備陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜成膜液

稱取聚乙烯醇和去離子水，水浴下混合得到聚乙烯醇水溶液，將陽(yáng)離子化改性納米纖維素以及丙三醇分別加入到聚乙烯醇水溶液中， 室溫?cái)嚢?～10 min后水浴超聲2 h；然后水浴靜置消泡5～10 min，得到陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜成膜液。

（2）制備高強(qiáng)度的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜

將上述成膜液靜置冷卻后， 采用流延法均勻傾倒在玻璃板上，在室溫下風(fēng)干24 h，得到高強(qiáng)度的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜。

所述陽(yáng)離子化改性納米纖維素為醚化改性納米纖維素。

所述水浴溫度、水浴靜置消泡溫度均為70 ℃。

所述攪拌為機(jī)械攪拌，轉(zhuǎn)速為500～600 r/min。

所述一種高強(qiáng)度的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法中， 陽(yáng)離子化改性納米纖維素∶聚乙烯醇∶去離子水∶丙三醇的質(zhì)量比為（2～30）∶（4～5）∶（70～100）∶（2～3）。

所述一種高強(qiáng)度的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法中，膜厚度為18～19 μm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）本發(fā)明采用流延法制備復(fù)合膜，工藝流程簡(jiǎn)單，相比于吹塑法、擠出法等制膜方法，更易操作，大大降低了制膜成本。

（2）本發(fā)明制備的復(fù)合膜將陽(yáng)離子化改性納米纖維素作為增強(qiáng)劑加入聚乙烯醇膜中， 其中對(duì)納米纖維素的陽(yáng)離子化改性處理， 有效地解決了納米纖維素在聚乙烯醇溶液中易團(tuán)聚的問(wèn)題， 從而促進(jìn)其在聚乙烯醇溶液中的均勻分散，使得復(fù)合膜力學(xué)性能大大提高。

（3）本發(fā)明制備的高強(qiáng)度的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜具備優(yōu)良的光學(xué)、 力學(xué)性能，同時(shí)可生物降解，可以擴(kuò)大聚乙烯醇膜材料在包裝、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施方案進(jìn)一步詳述。

1.制備陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜成膜液

稱取4 g 聚乙烯醇， 在70 ℃恒溫水浴下加入盛有88 mL 去離子水的燒杯中， 混合攪拌15 min 后在70 ℃水浴中消泡5 min，制得聚乙烯醇溶液，在聚乙烯醇溶液中依次加入濃度1.0%的陽(yáng)離子化改性納米纖維素溶膠、1 g 丙三醇，室溫?cái)嚢?0 min，將混合液水浴超聲2 h，置于70 ℃水浴中消泡5 min，制得陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜成膜液。

2.制備高強(qiáng)度的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜

將陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜成膜液冷卻，通過(guò)流延法均勻傾倒在玻璃板上，在室溫下風(fēng)干24 h 后得到高強(qiáng)度的陽(yáng)離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜。