可调控亲疏水性纳米纤维素薄膜、及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种可调控亲疏水性纳米纤维素薄膜，还提供了该纳米纤维素薄膜的制备方法和应用。所述纳米纤维素薄膜采用纳米纤维素、聚合物、施胶剂、施胶促进剂制备。本发明专利技术所制备的可调控亲疏水性的纳米纤维素薄膜具有高的疏水接触角，高的阻隔水和氧的能力，稳定性好，适印性好。本发明专利技术采用红外二次加热和加入施胶剂的方法，提高了纳米纤维素膜施胶度。本发明专利技术制备薄膜的方法简单易行，操作方便，制备周期短；采用工业上成熟的流延法，可以大规模生产可调控亲疏水性纳米纤维素薄膜。

【技术实现步骤摘要】
可调控亲疏水性纳米纤维素薄膜、及其制备方法和应用
本专利技术属于材料科学领域，具体涉及一种可调控亲疏水性纳米纤维素薄膜，及其制备方法和应用。
技术介绍
玻璃纸作为一种可替代聚丙烯和聚乙烯的商业化再生纤维素薄膜，在食品包装、打印纸、内衬纸和装饰性包装等方面得到了广泛的应用。玻璃纸生产过程中磺原酸化会使用大量的二硫化碳，而在酸浴中凝固时又会产生大量的二硫化碳，存在一系列的副产物，比如硫化氢、二氧化硫和硫酸雾等，同时对废气的后处理过程昂贵且存在二次污染，所以近几十年来，全球玻璃纸的产量一直在每年10万吨左右徘徊，市场潜在需求量非常巨大。发展低污染、绿色、环保的再生纤维素薄膜生产技术是十分必要的。纳米纤维素具有大长径比、高结晶度、低密度和高强度的性质。由纳米纤维素制备的薄膜具有高强度、高透明性、高热稳定性和高气体阻隔性，可广泛用作包装材料、太阳能电池基底材料、光电器件和柔性电路等。纳米纤维素分子结构中含有多个活性羟基，赋予纳米纤维素很高的亲水性，通过对纳米纤维素分散液真空抽滤或室温自然蒸发而制备的纳米纤维素薄膜在实际的应用中存在潮湿敏感性，导致纳米纤维素吸水后容易发生溶胀，强度和刚度降低，加快水和空气的渗透，这就限制了纳米纤维素薄膜在高湿度环境中的应用，而且也很难实现规模化生产。纳米纤维素的化学改性可有效的提高纤维素的疏水能力，包括酯化、羰基化、醚化和聚合物接枝改性等。现有技术通过用全氟烷基硫醇改性纳米纤维素膜，制得超疏水的纳米纤维素膜，但这种纳米纤维素膜只是实现了表面疏水化且借助表面涂覆的介孔硅纳米网络。现有技术还利用有机烷氧基硅烷、水性氟碳树脂及相应的固化剂等一系列的操作得到改性纳米纤维素，通过真空抽滤的方法得到疏水化纳米纤维素膜，但是操作复杂，周期长。现有技术制备含有机烷氧基硅烷的疏水性物质，然后通过抽滤-热压的方法制得超疏水疏油透明纳米纤维素纸，其关键步骤还是在于疏水性物质的制备，但是只是通过简单的混合将疏水性物质加入到纤维素分散液中，其长期的稳定性有待于进一步确定，且大规模生产也存在一定的限制。现有技术采用机械法和化学法相结合的方法可制得一种耐水性再生纳米纤维素薄膜，通过表面喷涂聚甲基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，实现纤维素膜的疏水化改性，但是只涉及表面疏水化改性，疏水涂层的稳定性也有待进一步提高。虽然现有化学改性能够实现纳米纤维素膜疏水性的调控，但是通常存在反应时间长、需要加热和催化剂、效率低和大规模生产困难等缺点，与工业化生产有较远的距离。寻找一种具有方便、快捷、可大规模生产、可调控亲疏水能力的纳米纤维素薄膜是目前亟待解决的问题。在造纸过程中，施胶剂的使用能够提高纤维素膜的耐水能力，提高纤维素膜的耐水性。与传统的施胶相比，由于纳米纤维素具有高的比表面积和含有大量的羟基，可以有效的增加与施胶剂的接触面积，可以增加施胶效果，所制备的疏水性纳米纤维素薄膜具有很大的应用空间。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种可调控亲疏水性纳米纤维素薄膜，及其制备方法和应用。在阐述本专利技术的技术方案之前，定义本文中所使用的术语如下：术语“ASA”是指：烯基琥珀酸酐。术语“AKD”是指：烷基烯酮二聚体。为实现上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种可调控亲疏水性纳米纤维素薄膜，所述纳米纤维素薄膜采用纳米纤维素、聚合物、施胶剂、施胶促进剂制备。根据本专利技术第一方面的纳米纤维素薄膜，其中，所述纳米纤维素选自以下一种或多种：纳米微晶纤维素、微纤化纤维素、纳纤化纤维素及其各自的改性产物；优选地，所述的改性产物选自以下一种或多种：纳米微晶纤维素、微纤化纤维素、纳纤化纤维素的阳离子化、羧甲基化、羧基化和羟丙基甲基化产物。更优选地，所述的阳离子化改性产物的取代度为0.03～0.2，羧甲基化改性产物的取代度为0.05～0.4，羧基化改性产物的取代度为0.05～0.4，羟丙基甲基化改性产物的取代度为0.05～0.6。根据本专利技术第一方面的纳米纤维素薄膜，其中，所述聚合物选自以下一种或多种：瓜尔胶、明胶、卡拉胶、结冷胶、刺槐豆胶、红藻胶、纤维素胶或大豆蛋白。根据本专利技术第一方面的纳米纤维素薄膜，其中，所述施胶剂选自以下一种或多种：烯基琥珀酸酐、烷基烯酮二聚体。根据本专利技术第一方面的纳米纤维素薄膜，其中，所述施胶促进剂选自以下一种或多种：聚二烯丙基二甲基氯化铵、阳离子聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、壳聚糖。本专利技术的第二方面提供了第一方面所述的纳米纤维素薄膜的制备方法，该制备方法为浆内疏水化法，包括以下步骤：(1)将纳米纤维素分散液加入到聚合物溶液中，混匀，在不断搅拌过程中加入施胶剂和施胶促进剂，混匀后，得到混合浆料；(2)将步骤(1)所得混合浆料倒入流延机中流延制膜，干燥后即得所述纳米纤维素薄膜。本专利技术的第三方面提供了第一方面所述的纳米纤维素薄膜的制备方法，该制备方法为表面疏水化法，包括以下步骤：(1)将纳米纤维素分散液加入到聚合物溶液中，混匀，得到混合浆料；(2)将步骤(1)所得混合浆料倒入流延机中流延制膜，得到纳米纤维素/聚合物复合膜；(3)在步骤(2)所得纳米纤维素/聚合物复合膜表面涂覆施胶剂和施胶促进剂，进行二次干燥，即得所述纳米纤维素薄膜。根据本专利技术第二方面或第三方面的制备方法，其中，所述纳米纤维素：聚合物：施胶剂：施胶促进剂的质量比为100～500：24～100：0.04～0.08：0.0001～0.004；所述纳米纤维素分散液中纳米纤维素的质量分数为2％；所述聚合物溶液中聚合物的质量分数为2％；所述纳米纤维素分散液和聚合物溶液均为水溶液；优选地，所述流延制膜的条件为：流延机的速度为0.1～0.5m/min；加热板温度调为60～90℃，刀口间隙为300～450μm；所述干燥方法为红外干燥。本专利技术的第四方面提供了第一方面所述的纳米纤维素薄膜或按照第二方面或第三方面所述的方法制备的纳米纤维素薄膜在制备包装材料、太阳能电池基底材料、光电器件和/或柔性电路中的应用。本专利技术采用的技术路线如下：1.浆内疏水化法：将一定量的纳米纤维素分散液加入到适量聚合物溶液中，使用均质机进行混匀，在不断搅拌过程中加入不同量的施胶剂和施胶促进剂，混匀后，得到混合浆料。将混合浆料倒入流延机中流延制膜，干燥后即得不同疏水化的纳米纤维素薄膜。2.表面疏水化法：将一定量的纳米纤维素分散液加入到适量的聚合物溶液中，使用均质机混匀，得到混合浆料。将混合浆料倒入流延机中流延制膜，得到纳米纤维素/聚合物复合膜。然后在纳米纤维素/聚合物复合膜表面涂覆不同量的施胶剂和施胶促进剂，在红外灯下进行二次干燥，即得表面疏水化的纳米纤维素薄膜。纳米纤维素为纳米微晶纤维素、微纤化纤维素、纳纤化纤维素以及上述的改性产物中的一种或几种；所述的改性产物包括纳米微晶纤维素、微纤化纤维素、纳纤化纤维素的阳离子化，羧甲基化，羧基化和羟丙基甲基化产物；所述的阳离子化改性产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可调控亲疏水性纳米纤维素薄膜，其特征在于，所述纳米纤维素薄膜采用纳米纤维素、聚合物、施胶剂、施胶促进剂制备。/n

【技术特征摘要】
1.一种可调控亲疏水性纳米纤维素薄膜，其特征在于，所述纳米纤维素薄膜采用纳米纤维素、聚合物、施胶剂、施胶促进剂制备。


2.根据权利要求1所述的纳米纤维素薄膜，其特征在于，所述纳米纤维素选自以下一种或多种：纳米微晶纤维素、微纤化纤维素、纳纤化纤维素，及其各自的改性产物；
优选地，所述的改性产物选自以下一种或多种：纳米微晶纤维素、微纤化纤维素、纳纤化纤维素的阳离子化、羧甲基化、羧基化和羟丙基甲基化产物。


3.根据权利要求2所述的纳米纤维素薄膜，其特征在于，所述的阳离子化改性产物的取代度为0.03～0.2，羧甲基化改性产物的取代度为0.05～0.4，羧基化改性产物的取代度为0.05～0.4，羟丙基甲基化改性产物的取代度为0.05～0.6。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的纳米纤维素薄膜，其特征在于，所述聚合物选自以下一种或多种：瓜尔胶、明胶、卡拉胶、结冷胶、刺槐豆胶、红藻胶、纤维素胶或大豆蛋白。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的纳米纤维素薄膜，其特征在于，所述施胶剂选自以下一种或多种：烯基琥珀酸酐、烷基烯酮二聚体。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的纳米纤维素薄膜，其特征在于，所述施胶促进剂选自以下一种或多种：聚二烯丙基二甲基氯化铵、阳离子聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、壳聚糖。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的纳米纤维素薄膜的制备方法，其特征在于，该制备方法为浆内疏水化法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋兴宇，查瑞涛，张春亮，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11