[发明专利]高阻隔纳米纤维素复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高阻隔材料制备领域，特别是涉及一种高阻隔纳米纤维素复合材料及其制备方法。

背景技术

目前，随着石油资源的枯竭、石油日益增长的价格及石油对环境的污染，促进了生物质材料、可再生资源和能源的发展。聚乳酸、聚己内酯、聚羟基烷酸酯等作为一种绿色可降解材料，具有优良的生物相容性、食品安全性，并且材料来源于生物质资源，可以完全生物降解，因此在复合材料领域有着广泛的应用前景。

纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖，是植物细胞壁的主要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上，是自然界中存在的来源最广泛，取之不尽，用之不竭的可再生资源，对纤维素的开发利用是目前国内外研究的热点。

纳米纤维素是指具有纳米尺度的纤维素晶体，其粒径大小一般在30~100nm，具有巨大的比表面积和表面原子数，具有特殊的表面效应，而且仍然具有纤维素的晶型和性质。纳米纤维素可以作为药物载体、纳米增强剂、涂料增稠剂、分散剂、药物赋形剂、食品添加剂、膜滤器等，在医学、精细化工、制备新型材料等方面有着广泛的应用。由于纳米纤维素的纳米尺度网络结构，使它拥有优越的性能，用于制备复合材料，赋予基体树脂一些特殊的性能，如机械性能、形状记忆性能及光学透明性等。

目前，现有技术常见的高阻隔材料主要有乙烯-乙烯醇共聚物、聚偏二氯乙烯、聚乙烯醇、氧化铝蒸镀薄膜、聚酰胺薄膜等，如公开号为CN 1401702、CN 101181948、CN 1640649、CN 1386631、CN 1736812和CN 1760087的专利等。所谓高阻隔性是指标准状态下，O₂的透过量在5mL/m²·d以下，透湿量在2g/m²·d以下的材料。所谓标准状态下是指23℃，65%R.H.1mil(25.4μm)厚的薄膜。但是这些高阻隔材料在实际应用中，通常采用多层复合或者蒸镀铝的方法得到的多层复合树脂高阻隔膜、纳米喷铝薄膜等，这就使得现有技术的高阻隔材料存在加工工艺较复杂，能耗较高，制造成本较高及不能完全生物降解环保性较差的问题。

发明内容

本发明为解决以上技术问题是，提供一种制造时能耗较低，制造成本较低及可完全生物降解环保性较好的高阻隔纳米纤维素复合材料。

为实现本发明目的，本发明所用的技术方案是：提供一种高阻隔纳米纤维素复合材料，它由以下重量百分比组份的材料制成：

纳米纤维素0.2%~10%（是指纳米纤维素占高阻隔纳米纤维素复合材料总质量的0.2%~10%），聚脂肪酸酯90%~99.8%（是指聚脂肪酸酯占高阻隔纳米纤维素复合材料总质量的90%~99.8%），也可描述为纳米纤维素0.2wt%~10 wt %，聚脂肪酸酯90 wt %~99.8 wt %，wt %即代表质量百分比；以及制作时作为载体的有机溶剂，所述的纳米纤维素在有机溶剂中的质量浓度为20%以内。

所述的纳米纤维素的晶体为棒状、球状或椭球状，且该晶体的长度为30~250nm，直径为5~40nm。

优先重量百分比组份的材料为：纳米纤维素0.5%~10%，聚脂肪酸酯90%~99.5%。

所述的聚脂肪酸酯为聚乳酸、聚己内酯或聚羟基烷酸脂。

所述的聚乳酸为L,D-聚乳酸或L-聚乳酸；所述的聚羟基烷酸脂为聚3-羟基丁酸酯。

所述的有机溶剂为极性溶剂，所述的极性溶剂为氯仿、二氯甲烷、四氯化碳或二甲基亚砜。

与现有技术相比，本发明由于在聚脂肪酸酯中加入了纳米纤维素，则在纳米纤维素的作用下，因此具有如下显著优点或有益效果：

（1）聚脂肪酸酯和纳米纤维素均属于可完全生物降解的可再生资源，故具有较好的绿色环保效果。

（2）水蒸汽透过率和氧气透过率均较低，水蒸汽透过率相比纯聚脂肪酸酯薄膜的水蒸汽透过率下降至少40%，氧气透过率相比纯聚脂肪酸酯薄膜的氧气透过率下降至少50%，无需进行多层复合或镀铝即具备了高阻隔性材料的特征，可广泛的应用于食品、药品等需高阻隔性能薄膜的包装。

（3）由于无需进行多层复合或镀铝层即可达到高阻隔性的要求，故也就避免复杂的多层复合或镀铝工艺，同时也省去了这些工艺过程中产生的能耗及污染物的排放，进而使得本发明制造时能耗较低，且对环境的污染较小，最终使得制作成本较低。

本发明要解决另一技术问题是：提供一种制造工艺简单，制造时能耗较低及对环境影响较小的高阻隔纳米纤维素复合材料的制备方法，它包括以下步骤：