[发明专利]一种高强高韧纤维素纳米晶彩色膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种高强高韧纤维素纳米晶彩色膜及其制备方法。该方法首先将纤维素纳米晶悬浮液制备成膜，后将该膜放入浓碱溶液中处理。这种膜在拉伸强度与断裂伸长率大幅提高的同时，保持了纤维素纳米晶的胆甾型液晶结构，并且其耐热性提高100度以上，从而可以克服纤维素纳米晶彩色膜韧性差以及耐热性差的缺点。

【技术领域】

本发明涉及一种高强高韧纤维素纳米晶彩色膜及其制备方法，属于生物材料领域，也属于薄膜制备领域。

【背景技术】

纤维素是自然界中广泛存在的可再生资源。随着石油化石资源的枯竭，纤维素引起了人们的广泛关注。纤维素材料微纳米化得到的纤维素纳米晶，以其独特的性质如高比表面积、高长径比、高模量、表面基团丰富等特点引起人们大量研究。本发明中采用硫酸酸解制备的纤维素纳米晶，其悬浮液表现出明显的溶致型液晶的特点。纤维素纳米晶溶致型液晶方面的应用主要集中在纤维素纳米晶彩色膜及纤维素纳米晶作为模板等方面。本发明涉及纤维素纳米晶彩色膜。纤维素纳米晶形成的胆甾型液晶彩色膜在防伪标示等方面具有十分广阔的应用前景。但形成的彩色膜韧性差等缺点限制了其应用。通过纤维素纳米晶与高分子复合进行增韧是常用的方法，如中国专利公开号为CN102449052A的专利就是利用纤维素纳米晶与高分子复合形成柔性复合彩色膜，记载了所述浇注形成具有定向结构的所述纳米晶体纤维素颗粒的湿膜，并且将所述湿膜进行干燥而所述聚合物将所述颗粒间隔，在定向结构的纳米晶体纤维素颗粒之间形成柔性桥。而本发明的方法中无需使用任何高分子材料与纤维素纳米晶复合即可提高纤维素纳米晶彩色膜的强度和韧性。本发明首先将纤维素纳米晶悬浮液制成彩色膜，再用浓碱溶液对其进行后处理，使得纤维素纳米晶由FormⅠ晶型变为FormⅡ晶型且无定形区含量提高，同时提高彩色膜的强度和韧性，获得纤维素纳米晶的高强高韧彩色膜。而红外光谱结果表明纤维素纳米晶表面的磺酸根脱除，热分析实验则证明彩色膜的耐热性得到了提高。纤维素纳米晶的胆甾型螺旋结构仍能得到保留，并且其颜色随浓碱处理的时间发生改变。本发明采用的方法较其他方法而言，具有以下优点：膜的组成仅为纤维素纳米晶，属于完全的生物可降解物质；制备方法简单，只需将纯纤维素纳米晶彩色膜直接浸入碱中处理后即可获得高的强度和韧性；该高强高韧纤维素纳米晶彩色膜的颜色可以通过改变在浓碱溶液中处理的时间进行调控；在制备高强高韧彩色膜的过程中会将纤维素纳米晶表面的磺酸根除去使得膜的耐热性得到提高。

【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明的目的在于提供一种高强高韧纤维素纳米晶彩色膜。

本发明的另一目的在于提供一种高强高韧纤维素纳米晶彩色膜的制备方法。

本发明的另一目的还在于提供一种通过浓碱溶液处理的时间调控彩色膜颜色的方法。

本发明的另一目的还在于可以提供一种通过浓碱溶液处理提高彩色膜耐热性提高的方法。

[技术方案]

本发明提供了一种高强高韧纤维素纳米晶彩色膜及其制备方法，该方法通过浓碱溶液处理纤维素纳米晶彩色膜，使得纤维素纳米晶发生晶型转变，由原来的FormⅠ晶型变为FormⅡ晶型，且无定形区含量提高，获得高强高韧的纤维素纳米晶彩色膜，同时提高所制膜的耐热性，该膜的颜色可以通过改变在浓碱溶液中处理的时间进行调控。

本发明可以通过以下技术方案实现：

一种纤维素纳米晶彩色膜，其特征在于该彩色膜仅包含纤维素纳米晶组分,该彩色膜的拉伸强度为75-120MPa，断裂伸长率为2.4～7.7％。

所述的纤维素纳米晶彩色膜，其特征在于该彩色膜是通过首先以纤维素纳米晶为原料制得薄膜，再将该薄膜用浓度为10～30％碱溶液处理，从而获得纤维素纳米晶的彩色膜；该彩色膜的颜色可以通过改变在浓碱溶液中处理的时间进行调控。

所述的纤维素纳米晶彩色膜，其特征在于该纤维素纳米晶彩色膜可以采用浇铸成膜、抽滤成膜或其他常规成膜方法制备。