描述了一种用于生产纤维素膜的方法，这些纤维素膜具有至少一个疏水性或较不亲水性的表面，或具有水接触角(θ)在从55°至小于100°的范围内的至少一个表面。该方法涉及使该纤维素材料在这些纤维素膜的制备过程中与一种疏水性固体材料接触或在这些纤维素膜的制备过程中或之后与一种非极性或极性非质子溶剂的蒸气接触。该纤维素材料的实例是来自木材或植物纤维的多程、高浓磨浆的被制成具有按重量计至少50％、具有最高达350μm的长丝长度和在100与500nm之间的长丝直径的长丝的纤维素长丝(CF)，以及可商购的羧甲基纤维素钠。该疏水性固体材料的实例是疏水性聚合物、聚(甲基戊烯)和聚(乙烯)。该非极性溶剂的实例是己烷和甲苯。该极性非质子溶剂的实例是丙酮和乙酸乙酯。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】具有至少一个疏水性或较不亲水性表面的纤维素膜专利技术背景i)专利
本专利技术涉及具有可控的疏水性或亲水性的纤维素膜的生产。具体地，本专利技术涉及具有至少一个疏水性或较不亲水性表面的纤维素膜的生产。ii)现有技术说明纤维素是地球上最丰富的生物聚合物。它是高等植物细胞壁的主要组分，并且它还由一些藻类、真菌、细菌、以及一组无脊椎海洋动物、被囊动物形成。天然纤维素和来自木质纤维素材料的制浆的纤维素是纤维状的并且由1，4_连接的β-D-葡萄糖的结晶畴和无定形畴组成。在由木质纤维素材料的硫酸盐制浆产生的漂白硫酸盐纸浆纤维的细胞壁内是长度为几微米(μπι)和直径为1-50纳米(nm)的纤维素微原纤维。纤维素微原纤维，被称为微原纤维化纤维素(MFC)，可以通过在一个小型商业均化器中在70°C -80°C下在高压(800镑/平方英寸)下纤维素纸浆纤维的反复机械分解产生。它们也可以使用在机械木浆纤维的制造中使用的常用装置(如盘式磨浆机)通过纤维素纸浆纤维的机械分解来生产。制备MFC所需要的能量消耗可以通过不同的预处理工艺如2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)-介导的氧化和酶水解降低还已经被用于描述使用纤维素纸浆纤维的机械分解作为关键加工步骤之一获得的MFC或其他原纤维化纤维素材料，因为该原纤维化纤维素材料的直径典型地是< lOOnm。这些材料典型地具有小于100的长径比(长度与直径之比)。—种新的原纤维化纤维素材料家族，先前称为纤维素纳米长丝(CNF)以及在此称为纤维素长丝(CF)，最近已经从植物或木纤维如北方漂白软木硫酸盐(NBSK)纸浆纤维的多程、高浓磨浆分离。由MFC制成的膜如流延膜已经显示出是坚固的并且具有在气调包装中使用所需要的低透气性和低氧气透过率。然而，由MFC制成的膜，类似于由其他纤维素材料制成的那些，例如棉纤维或漂白硫酸盐纸浆纤维的硫酸水解制成的纳米晶体纤维素(NCC)或由漂白亚硫酸盐纸浆纤维制备的再生纤维素，是亲水性的并且具有高吸水率。MFC流延膜的水接触角已经被报道为28±4° 以及 41.2 ° ，而NCC流延膜的水接触角已经被报道为17.8±1.1° 。水接触角(Θ )是在确定固体表面的亲水性和可润湿性中广泛使用的一个参数。Θ值越低，表面的亲水性越高(并且因此疏水性越低)；其中小于〈90°的Θ值(更典型地Θ <30° )表示一个亲水表面，Θ = 90-120°表不一个疏水表面，并且Θ多150°表不一个超疏水表面。来自MFC、NCC和再生纤维素的膜以及纤维素纸浆纤维的膜的亲水性主要是由于在纤维素分子链中每个重复葡糖酐(C6H1idO5)单元存在三个羟基(-0H)基团。在过去25年许多研究者已经尝试了化学改性纤维素-OH基团以改进纤维素纸浆纤维的疏水性的许多方法。最近，已经报道了在膜制备之前溶剂交换的MFC在有机溶剂中的硅烷基化或乙酰化和MFC流延膜的气相酯化。虽然在MFC上的-OH基团的硅烷基化导致MFC膜的水接触角(Θ)从28±4°增加到高达146±8°，它要求在硅烷基化和使用有机溶剂用于反应之前通过溶剂交换从MFC中去除水。在膜制备之前溶剂交换的MFC与乙酸酐在甲苯中的液相乙酰化仅使MFC膜的Θ值从41.2°增加到最大值82.7 ±5.8°。MFC流延膜与乙酸和三氟乙酸酐的气相酯化仅使MFC膜的Θ值从41.2°增加到最大值79.2±2.9°。再生纤维素的膜如玻璃纸和铜铵薄膜具有约12°的Θ值，该值低于MFC、NCC或许多广泛使用的合成聚合物，例如聚(乙烯醇)(36° )和聚(甲基丙烯酸甲酯)(57° )的Θ值。然而，最近的实验数据和理论计算已经表明包括再生纤维素的纤维素由于其结构各向异性具有疏水特性。纤维素卩比喃葡萄糖环的赤道方向是亲水性的，因为在该环上的所有三个羟基(-0H)基团位于该环的赤道位置上，而该环的轴向方向是疏水性的，因为C-H键的氢原子位于轴向位置上。在25°C下用环己烷、在_80°C下用液氨和在260°C下用甘油处理玻璃纸膜分别使该膜的Θ值从11.6°增加到14.6°、39.6°和24.0°。通过溶剂处理实现的接触角的增加已经被建议，是由于在膜的表面上更亲水性纤维素晶面到较不亲水性纤维素晶面的重新定向。在本专利技术之前，然而，没有通过物理方法而不使用任何化学试剂或有机溶剂，或通过用有机溶剂的蒸气处理产生具有较不亲水性表面(50° ( Θ <90° )或疏水性表面(Θ多90° )的纤维素膜。此外，没有通过任何方法产生具有在疏水性方面不同且还可控制的两个表面的纤维素膜。专利技术概述现已发现可以通过，例如，将一种纤维素材料的稳定的水悬浮液流延到一种疏水性固体载体材料上并且通过使水蒸发来产生具有至少一个疏水性或较不亲水性表面的纤维素膜。还已经发现可以通过使由一种纤维素材料的稳定的水悬浮液制成的膜在该膜的过滤脱水、压制和/或干燥过程中与一种疏水性固体材料接触来产生具有至少一个疏水性或较不亲水性表面的纤维素膜。此外，已经发现可以通过在膜的干燥过程中或之后用对于纤维素材料没有反应性的非极性或极性非质子溶剂的蒸气处理该膜来产生具有至少一个疏水性或一个较不亲水性表面的纤维素膜。该蒸气处理不含已知对于纤维素材料是反应性的任何化学试剂如乙酸酐。本专利技术的膜可用于生产具有低透气性和低氧气透过率、并且具有高水接触角的包装材料。根据本专利技术的一个方面，提供了包含未经化学改性的纤维素长丝材料的一种纤维素膜，其中该膜包含具有在从55°至100°范围内的值的水接触角Θ的至少一个表面。根据在此描述的膜的一个方面，该纤维素长丝材料源于来自植物或木纤维如北方漂白软木硫酸盐(NBSK)纸浆纤维和/或热机械纸浆(TMP)的多程、高浓磨浆的纤维素长丝的一种分散水性悬浮液。根据在此描述的纤维素膜的另一个方面，水接触角Θ的值是从60°至100°。根据在此描述的纤维素膜的又另一个方面，水接触角Θ的值是从70°至小于90。。根据在此描述的纤维素膜的还另一个方面，水接触角Θ的值是从80°至小于90。。根据在此描述的纤维素膜的又还另一个方面，水接触角Θ的值是从85°至小于90。。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种生产具有水接触角(Θ )在从55°至100°范围内的至少一个表面的纤维素膜的方法，该方法包括:提供一种未经化学改性的水性纤维素长丝悬浮液，使该悬浮液接触到一种疏水性载体材料以产生该膜；并且从该膜中去除水。根据在此描述的方法的另一个方面，该疏水性载体材料是由具有式R1-CH = CH-R2的未取代或取代的烯烃中的至少一种制成的一种聚合物，其中&和R2独立地是氢(H)、未取代或取代的C1-C12烷基、或未取代或取代的C6-C14芳基。根据在此描述的方法的又另一个方面，该疏水性载体材料是乙烯(CH2= CH2)的一种疏水性聚合物，该聚合物选自下组，该组由以下各项组成??聚(乙烯)(PE)、低密度聚(乙烯)(LDPE)、高密度聚(乙烯)(HDPE)、超低密度聚(乙烯)(ULDPE)以及它们的组合。根据在此描述的方法的还另一个方面，该疏水性载体材料是丙烯即CH2= CHCH3或4-甲基-1-当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纤维素膜，包含一种未经化学改性的纤维素长丝材料，其中该膜包含具有在从55°至100°范围内的值的水接触角θ的至少一个表面。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐浩，托马斯·胡秋雄，G·M·多里斯，
申请(专利权)人：FP创新研究中心，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA
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