[发明专利]一种纳米微晶纤维素/壳聚糖/聚乙烯醇复合纳米膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合纳米纤维膜的制备技术，尤其涉及一种纳米微晶纤维素/壳聚糖/聚乙烯醇复合纳米膜的制备方法。

背景技术

纤维素是世界上含量最丰富的可生物降解、可再生的天然高分子材料。地球上每年生长的植物纤维素高达数亿吨，超过了现有石油总储量。纳米微晶纤维素（NCC）可通过混合酸或硫酸降解纤维素原料而得到。除了来源十分广泛这一特点，它还具有一系列的优越特性：颗粒粒径小,比表面积大(150-250 m²/g)，拉伸强度高（7500 MPa）,硬度强（杨氏模量100-140 GPa），其表面的羟基使之后的化学修饰与化学结合变得易于进行。同时NCC可回收，可生物降解，是绿色环保型材料。这些都使得NCC在生物化学应用领域，尤其是作为绿色有机增强剂，作为新兴研究热点，具有重大应用意义。CN1171904C采用酸催化水解的方法将天然纤维素降解为粒径在5-100 nm之间的纳米微晶纤维素，外形呈球状或椭球状，可稳定分散于水相体系中。CN100340576C将粒径在3-~50 nm之间的纳米微晶纤维素均与分散在水中，在该纳米微晶纤维素水分散体系中加入亲水性低分子表面活性剂，然后加热干燥以除去体系中的水，从而制得含低分子表面活性剂的、可在非水溶剂中分散的纳米微晶纤维素。CN102080343A将酸水解或生物酶水解法制得的纳米微晶纤维素悬浮液加入阴离子改性试剂溶液中，经混合、透析，得到阴离子改性的纳米微晶纤维素。然后，向疏解好的纸浆浆料中加入一定比例的改性纳米微晶纤维素，制得具有生物相容性及可降解性的强度增强型纸张。CN101974172B利用酸降解法将微晶纤维素水解为直径在20-60nm, 平均长为300nm的棒状纳米微晶纤维素，从而将其应用为橡胶的新型补强材料。

壳聚糖（CS）是自然界第二大天然生物材料，以其无毒、不产生抗原、良好的生物相容性、生物降解性、抗菌性能以及表面上富含多种官能团而易于改性而广泛应用与日用化工和组织工程领域。但壳聚糖存在力学性能差、硬而脆、尺寸稳定性差以及无热塑性等缺点，因此不可单独用静电纺丝技术制备。将无毒、生物相容性、力学以及成膜成纤性优异的聚乙烯醇（PVA）与壳聚糖混纺制膜，是近年来多为研究的热点。但是，其混纺膜的力学性能以及强度仍然无法满足一些应用，因此还具有很大的提升空间。Roohani^[1]等研究了纳米微晶纤维素NCC对聚乙烯醇（PVA）进行纳米复合改性，改性后PVA薄膜的热分解温度可升高10~20℃，拉伸强度也随之增加。纤维素与壳聚糖有相似的结构，二者有良好的亲和性，所以国内外研究者将二者共混制备新型生物可降解材料。Avik Khan^[2]等研究了NCC作为有机增强剂，以平板法压制成纳米纤维素/壳聚糖复合膜，大大的提高了壳聚糖膜的强度。综上，展开纳米微晶纤维素/壳聚糖/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的制备与性能研究，对于扩大绿色复合纳米纤维膜在生物化学领域上的应用以及推动纳米纤维素在新技术、新材料和新能源中的应用研究具有重大科学意义。以纳米纤维素为绿色有机增强剂，用溶胶-凝胶法及静电纺丝技术制得新型纳米微晶纤维素/壳聚糖/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的相关研究尚未见报道。

参考文献：

[1] Roohani M, Habibi Y, Belgacem N M, et al. Cellulose whiskers reinforced polyvinyl alcohol opolymers nanocomposites[J]. European Polymer Journal, 2008, 44(8): 2489-2498.

[2] Avik K., Ruhul A. K., Stephane S., et al. Mechanical and barrier properties of nanocrystalline cellulose reinforced chitosan based nanocompositefilms[J]. Carbohydrate Polymers, 2012, 1601-1608。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米微晶纤维素/壳聚糖/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的制备方法。即，将纳米微晶纤维素掺杂在壳聚糖/聚乙烯醇复合纳米纤维膜中，制备一种力学性能优良且对生物大分子具有显著亲和作用的多功能复合材料。

本发明提出的纳米微晶纤维素/壳聚糖/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于具体步骤如下：