[发明专利]一种纤维素纳米纤维/聚乙烯醇复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纤维素纳米纤维/丙烯酸树脂复合膜的制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

生物质资源在地球上的储量巨大，内含大量的纤维素材料。这些生物质纤维素资源为天然高分子材料，是通过有机体自然生长而形成的，由于有机体的生长是无限可重复的，因此，生物质材料被视为是自然界中取之不尽、用之不竭的可再生资源。其次，生物质材料大多具有可降解性，因此生物质材料属于绿色材料。此外，生物质材料还具有蓄积量大、可循环利用、对环境无污染、经济成本低等优点。生物质材料的上述特点使之具有广阔的开发和应用前景。

生物质材料的种类较多，包含木材、竹材、藤材、灌木的根茎和各种作物秸秆（如稻秸、麦秸、麻杆、棉秆、芦苇杆、高粱秆、玉米秆、甘蔗渣）等。几乎所有的生物质材料的主要化学组分均包含纤维素、半纤维素和木质素，并且以纤维素的含量最高。随着石油、煤炭、矿产等不可再生资源的日益衰竭，高效开发利用生物质材料制备新材料、新能源正成为当前生物质材料领域的研究热点。近年来，越来越多的学者致力于用天然纤维取代玻璃纤维等人造纤维作为增强材料和填料制造环保产品，这是因为天然纤维有很多优点，例如可再生、能生物分解、低密度、低成本、高强度和高弹性模量等。

聚乙烯醇是水溶性聚合物，可纺性好；并具有较好的力学性能，和一些水溶性聚合物混合制成电纺膜这类材料在过滤膜、伤口敷料以及人工血管和组织工程支架等领域具有许多潜在的用途。聚乙烯醇 作为成纤材料，以相变石蜡作为相变物质，可以获得相变储能纤维。将相变材料加入到纤维或纺织品中可形成储能纤维或纺织品。储能纤维用于服装，就形成具有热调节功能的智能调温服装。由于聚乙烯醇含有多个羟基，具有强亲水性。通过在膜材料上引入亲水性基团提高膜表面的亲水性，可以有效阻止膜表面与截留的有机分子之间的非特殊粘合，从而减轻污染物的吸附。因此，利用聚乙烯醇 的这些特性，聚乙烯醇 将会在静电纺丝、相变材料和膜污染等方面得到广泛的应用。

纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜性能研究的重要性：微米尺度的填料对聚合物力学性能的增强甚微，而纳米尺度的填料由于其粒径小，比表面积大，因其表面效应(如小尺寸效应、量子效应、不饱和价效应和电子隧道效应等)大幅度提高了与聚合物大分子间的作用力，纳米粒子在用量很少时即可对高分子材料起到明显的增强效果，因此受到广泛的关注。

发明内容

本发明提出的是一种纤维素纳米纤维/聚乙烯醇树脂复合膜的制备方法，其目的旨在利用酸碱处理方法脱除植物纤维中的木质素及大部分半纤维素，然后借助研磨机和高压匀质机械开纤处理，制备高长径比纳米纤维素；通过真空过滤纳米纤维素悬浮液制备纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜。提高纳米纤维素复合物的强度，降低热膨胀系数，增加透光率。

本发明的技术解决方案：一种纤维素纳米纤维/聚乙烯醇树脂复合膜的制备方法，包括如下步骤：

1）制备纳米纤维素；

2）制备纳米纤维素膜；

3）制备纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜。

本发明的优点：本发明制备的生物质纳米纤维素不但具有纤维素的基本结构与性能，同时又具有极小的粒径和很大的比表面积等纳米微粒特性，可大大提高纤维素的反应性能及化学反应的均匀性，提高纤维素衍生物、功能化产品的质量，因此具有广泛的潜在应用价值。将纳米纤维素与聚乙烯醇 复合，其纳米尺度效应可以很大程度地提高聚合物的化学稳定性、阻隔性以及力学、热学等性能，所得复合材料的应用范围将大大拓宽。最为重要的是，纳米纤维素复合物的强度高，热膨胀系数低，透光率高。是一种真正的可再生、环境友好、性能优越的新型材料；本发明提取的纳米纤维素的直径主要分布在30～100nm之间，长径比在1000～4000之间且相互交织成网状缠结结构。拉伸强度高达101.79MPa，弹性模量高达5741MPa。当纳米纤维素膜的厚度为0.03mm时，力学性能达到最佳，可提高聚乙烯醇的弹性模量200%。本发明提出的化学机械处理提取纳米纤维素的方法具有操作简单，原材料丰富、成本较低、适用领域广等优势，所制得的纳米纤维素膜不仅自身具有极好的综合性能，而且对聚乙烯醇也有极好的增强效果，提高了聚乙烯醇在包装材料、组织工程材料、过滤膜材料等领域的获得潜在性应用。

本发明中机械开纤处理对微纤化纤维素性质的影响如下：