[发明专利]可调控亲疏水性纳米纤维素薄膜、及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种可调控亲疏水性纳米纤维素薄膜，还提供了该纳米纤维素薄膜的制备方法和应用。所述纳米纤维素薄膜采用纳米纤维素、聚合物、施胶剂、施胶促进剂制备。本发明所制备的可调控亲疏水性的纳米纤维素薄膜具有高的疏水接触角，高的阻隔水和氧的能力，稳定性好，适印性好。本发明采用红外二次加热和加入施胶剂的方法，提高了纳米纤维素膜施胶度。本发明制备薄膜的方法简单易行，操作方便，制备周期短；采用工业上成熟的流延法，可以大规模生产可调控亲疏水性纳米纤维素薄膜。

技术领域

本发明属于材料科学领域，具体涉及一种可调控亲疏水性纳米纤维素薄膜，及其制备方法和应用。

背景技术

玻璃纸作为一种可替代聚丙烯和聚乙烯的商业化再生纤维素薄膜，在食品包装、打印纸、内衬纸和装饰性包装等方面得到了广泛的应用。玻璃纸生产过程中磺原酸化会使用大量的二硫化碳，而在酸浴中凝固时又会产生大量的二硫化碳，存在一系列的副产物，比如硫化氢、二氧化硫和硫酸雾等，同时对废气的后处理过程昂贵且存在二次污染，所以近几十年来，全球玻璃纸的产量一直在每年10万吨左右徘徊，市场潜在需求量非常巨大。发展低污染、绿色、环保的再生纤维素薄膜生产技术是十分必要的。

纳米纤维素具有大长径比、高结晶度、低密度和高强度的性质。由纳米纤维素制备的薄膜具有高强度、高透明性、高热稳定性和高气体阻隔性，可广泛用作包装材料、太阳能电池基底材料、光电器件和柔性电路等。

纳米纤维素分子结构中含有多个活性羟基，赋予纳米纤维素很高的亲水性，通过对纳米纤维素分散液真空抽滤或室温自然蒸发而制备的纳米纤维素薄膜在实际的应用中存在潮湿敏感性，导致纳米纤维素吸水后容易发生溶胀，强度和刚度降低，加快水和空气的渗透，这就限制了纳米纤维素薄膜在高湿度环境中的应用，而且也很难实现规模化生产。

纳米纤维素的化学改性可有效的提高纤维素的疏水能力，包括酯化、羰基化、醚化和聚合物接枝改性等。现有技术通过用全氟烷基硫醇改性纳米纤维素膜，制得超疏水的纳米纤维素膜，但这种纳米纤维素膜只是实现了表面疏水化且借助表面涂覆的介孔硅纳米网络。现有技术还利用有机烷氧基硅烷、水性氟碳树脂及相应的固化剂等一系列的操作得到改性纳米纤维素，通过真空抽滤的方法得到疏水化纳米纤维素膜，但是操作复杂，周期长。现有技术制备含有机烷氧基硅烷的疏水性物质，然后通过抽滤-热压的方法制得超疏水疏油透明纳米纤维素纸，其关键步骤还是在于疏水性物质的制备，但是只是通过简单的混合将疏水性物质加入到纤维素分散液中，其长期的稳定性有待于进一步确定，且大规模生产也存在一定的限制。现有技术采用机械法和化学法相结合的方法可制得一种耐水性再生纳米纤维素薄膜，通过表面喷涂聚甲基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，实现纤维素膜的疏水化改性，但是只涉及表面疏水化改性，疏水涂层的稳定性也有待进一步提高。

虽然现有化学改性能够实现纳米纤维素膜疏水性的调控，但是通常存在反应时间长、需要加热和催化剂、效率低和大规模生产困难等缺点，与工业化生产有较远的距离。

寻找一种具有方便、快捷、可大规模生产、可调控亲疏水能力的纳米纤维素薄膜是目前亟待解决的问题。

在造纸过程中，施胶剂的使用能够提高纤维素膜的耐水能力，提高纤维素膜的耐水性。与传统的施胶相比，由于纳米纤维素具有高的比表面积和含有大量的羟基，可以有效的增加与施胶剂的接触面积，可以增加施胶效果，所制备的疏水性纳米纤维素薄膜具有很大的应用空间。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种可调控亲疏水性纳米纤维素薄膜，及其制备方法和应用。

在阐述本发明的技术方案之前，定义本文中所使用的术语如下：

术语“ASA”是指：烯基琥珀酸酐。

术语“AKD”是指：烷基烯酮二聚体。