[发明专利]一种高强兼具紫外屏蔽功能的纳米膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种高强兼具紫外屏蔽功能的纳米膜的制备方法，属于绿色环保纳米材料及造纸技术领域。该方法采用木质纤维资源为原料，先使用甲酸水解木质纤维原料，可得到木质素、半纤维素糖以及粗纤维素，粗纤维素由于其表面含有酯基并且含有部分木质素，使其在非质子极性有机溶剂中具有很好的界面相容性，经后期低强度机械处理可得到纳米纤维素(CNF)，非质子极性有机溶剂中均匀分散的CNF经抽滤成型后进一步得到高强纳米膜，且非质子极性有机溶剂可回收并重复使用。整个过程中无强酸、强碱、强氧化剂的使用，无废液排出，对环境友好，且制备出的纳米膜性质优异，具有高强、耐水、抗紫外线、柔性等优点。

技术领域

本发明涉及绿色环保纳米材料及造纸技术领域，具体涉及一种高强兼具紫外屏蔽功能的纳米膜的制备方法。

背景技术

近年来，随着纳米技术在制浆造纸与材料领域的渗入和发展，从木质纤维原料中开发纳米材料并利用其特殊性质制备功能材料逐渐受到人们的关注。其中，以纳米纤维素为代表，通过一系列的物理或化学处理将天然纤维素制成纳米纤维素，不但可以保持较高的反应活性，还可以获得突出的物理和化学性能，例如：具有纳米尺度、优越的机械性质(弹性模量约为150GPa)、高长径比，较低的热膨胀系数，以及可再生、可生物降解等，使得纳米纤维素成为一种应用前景广阔的功能高分子材料。将纳米纤维素分散液通过抽滤、烘干、热压等工艺得到的薄膜材料即为纳米纤维素膜(简称纳米膜)，其具有超薄、柔性、透明、高强等优点，使其在柔性太阳能电池、锂离子电池隔膜、导电透明电极、柔性屏幕显示器、可穿戴电子器件、绿色包装材料等领域具有良好的应用前景。

由木质纤维资源中可分离出两种类型的纳米纤维素：纤维素纳米晶体(Cellulosenanocrystal,CNC)和纤维素纳米纤丝(Cellulose nanofibril,CNF)。其中CNC主要由酸水解或酶水解法制得，CNF主要通过前期预处理结合机械强剪切制得。由于CNC长径比较小，所得到的纳米膜较脆且强度较低。因此，纳米膜主要由长径比较大的CNF制得。目前纳米膜主要采用漂白木浆、棉浆或商品微晶纤维素(MCC)为原料制备，例如中国发明专利201610199891.7中公开了以漂白木浆、漂白非木浆、棉浆等为原料采用TEMPO氧化预处理、纤维素酶法预处理或无机酸预处理结合机械后处理可制备出了高强度的纳米膜。但是其所用原料均为商品浆，价格较贵，且其采用的预处理方法存在如下缺点：TEMPO催化剂价格昂贵且有毒、不易回收；酶价格较高且反应效率较低；无机酸对设备腐蚀严重且不可回收，易对环境造成污染。另外，上述方法制备的纳米膜不易在湿度较大的环境中使用。中国发明专利201410000430.3中公开了采用竹原纤维制备透明纳米膜的方法，其先再用碱溶胀脱胶、酸脱木质素、次氯酸钠漂白等工艺纯化纤维素，进一步采用高强度超声(800W超声粉碎1～2h)结合高强度高压均质处理(100～300MPa，15～40次)得到CNF，最后通过抽滤、干燥得到纳米膜。但是该纳米膜不耐水，且制备过程中采用强酸、强碱、强氧化剂纯化纤维素，对环境不友好，单纯采用机械法进行纳米化大大增加了制备能耗，成本较高。

综上所述，目前纳米膜主要由商品浆为原料，纳米化过程中所采用的预处理方法过程不绿色、化学药品昂贵且难以回收，制备成本较高。虽有直接采用木质纤维原料制备纳米膜的报道，但是在纤维素提纯工艺需用强酸、强碱、强氧化剂，其不易回收并且易造成环境污染。另外，传统方法制备的纳米膜耐水性较差，不易在潮湿环境下使用，若要提高其耐水性需进一步化学改性。因此，迫切需要开发一种绿色、高效、可持续、低成本且对环境友好的方法来制备高性能纳米纤维素膜。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明的目的是提供一种高强兼具紫外屏蔽功能的纳米膜的制备方法，该制备过程中无强酸、强碱、强氧化剂的使用，无废液排出，对环境友好，且制备出的纳米膜性质优异，具有高强、耐水、抗紫外线、柔性等优点。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种高强兼具紫外屏蔽功能的纳米膜的制备方法，该方法具体包括如下步骤：