[发明专利]一种具有双疏性能的磁性细菌纤维素膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种具有双疏性能的磁性细菌纤维素膜及其制备方法，特别是涉及一种表观接触角达130～160°的具有双疏性能的磁性细菌纤维素膜及其制备方法，具体地说是一种通过四氧化三铁纳米颗粒来增大细菌纤维素膜微纤表面粗糙度的具有双疏性能的磁性细菌纤维素膜及其制备方法。

背景技术

近年来，随着现代科学技术的发展，磁性复合材料己不限于其原有用，磁性纳米颗粒因具有纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使复合材料的多种电磁特性或物理特性发生变化，而在很多领域具有应用前景。经特殊加工制成的各种磁性纳米复合材料正被越来越广泛地应用于信息储存、彩色成像、铁磁流体、细胞分选、细胞治疗(包括细胞标记、靶向和分离等)及可控药物载体等诸多领域。磁性纳米复合材料是指通过适当的制备方法使有机高分子与无机磁性纳米颗粒结合形成具有一定磁性及特殊结构的复合材料。纳米磁性复合材料一方面继承了基质材料的优点，如柔软性、质量小、耐腐蚀等；另一方面磁性纳米粒子以其独特的超顺磁性与基质材料复合后，使复合材料的整体性能得到很大的提高，如改善力学性能、提高热性能、增强耐磨性、提高成型加工性等。纳米磁性复合材料的发现使材料磁性能发生了质的飞跃。但目前不可再生资源日益短缺，合成高分子功能材料正面临着原料枯竭的情况，如何利用可再生资源的固有优势和特点，并采用心得理论和技术，赋予可再生资源更新的功能及更优的性能，合成出新的多功能复合材料。目前急需开发低成本、多功能的磁性材料，使其更好的应用于尖端的信息产业及生物医用产业等。

细菌纤维素，即微生物合成的纤维素的统称，其结构、理化性质和生化特性等皆与植物纤维素有很大区别。与自然界中存在的植物纤维素相比，细菌纤维素具有更优越的特性，细菌纤维素具有高结晶度、高聚合度和非常一致的分子取向，并且以单一纤维形式存在，纯度极高；超精细网状结构，细菌纤维素纤维是由直径3～4nm的微纤组合成40～60nm粗的纤维束，并相互交织形成发达的超精细网络结构，抗拉力强度高，杨氏模量高，并且纤维素的机械性能与菌株种类、发酵方式和处理方式(加热、加压)关系不大；极强的持水性和透水透气性，能吸收60～700倍于其干重的水分；具有较高的生物适应性和良好的生物可降解性，是很好的环保产品。因此细菌纤维素作为一种新型的微生物合成材料在吸附、催化、光学材料、电学材料、磁性材料等诸多领域展现出极为广阔的应用前景。

双疏功能材料的表面，也即水、十二烷的表观接触角都大于90°的表面，当接触角大于150°，就可以得到超疏水超疏油的表面而具有自清洁功能，因而在工农业生产和日常活中有极其广阔的应用前景。固体表面的润湿性由其化学组成和微观结构决定，理论上双疏表面可以通过以下两种方法来制备：一种增大表面粗糙度，一般认为具有微纳米复合结构的情况下，粗糙度越高越好；另一种是采用低表面能物质，如将含氟的化合物通过共聚、接枝、自组装、表面气相沉积等技术对表面进行修饰。增大表面粗糙度得方法有：等离子刻蚀法、机械磨蚀法、阳极氧化法、热水浸渍法、化学气相沉积法等。但是这些方法都较难制备出纳米级别的复合结构，而且制备方法较为复杂，工艺难以控制。而本发明采用的细菌纤维素膜具有很好的模板效应，通过原位复合的方法，可以有效控制表面粒子的尺寸，可形成纳米级别的复合结构，增大了表面的粗糙度。本发明反应条件温和，解决了传统技术需要高温或者抽真空带来的影响；同时，本发明的双疏膜相比传统的双疏膜，在具有较好的力学性能的同时，还具备更好的柔度，拓宽了双疏膜的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有双疏性能的磁性细菌纤维素膜及其制备方法，特别是提供一种表观接触角达130～160°的具有双疏性能的磁性细菌纤维素膜及其制备方法，具体地说是一种通过四氧化三铁纳米颗粒来增大细菌纤维素膜微纤表面粗糙度的具有双疏性能的磁性细菌纤维素膜及其制备方法。表面适当粗糙化以及纳米结构的有机结合，是使材料的双疏性能得到提升的有效途径。若将细菌纤维素膜直接用双疏试剂进行处理，也可以得到双疏效果，但无法达到超疏水超疏油的效果。而本发明中，先在细菌纤维素膜表面上附着四氧化三铁纳米颗粒，纳米级得颗粒不仅使膜具有了磁性，还起到增加细菌纤维素膜粗糙度的作用，从而使经过双疏处理的磁性细菌纤维素的双疏效果更好，接触角可达到150°以上，具备了超疏水超疏油的能力。