[发明专利]一种纳米纤维素柔性虹彩膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种纳米纤维素柔性虹彩膜及其制备方法与应用，属于功能膜材料的制备领域。该方法包括以下步骤：马尾松浆料的酶解预处理；CNF的制备；CNC的制备；CODs的制备；复合成膜。本发明成膜的制备工艺条件简单可控，易操作。CNF、CNC、CODs均来自于同一初始原料(马尾松浆料)，实现了柔性膜的一体式制备，且三种纤维素纳米材料制备过程均简单易操作，添加的都是温和友好的试剂，无需额外的化学试剂，绿色低能耗，符合可持续发展的理念。因此，利用CNF、CNC、CODs共混的策略来改善彩色膜的机械性能和光学性能。得到的纳米纤维素柔性虹彩膜性能优越，可作为手性膜材料应用于安全防伪和信息加密领域。

技术领域

本发明属于功能膜材料的制备领域，具体涉及一种纳米纤维素柔性虹彩膜及其制备方法与应用。

背景技术

纤维素是地球上最丰富的天然高分子，具有良好的生物相容性，可再生性和生物可降解性。因此由纤维原料制备纳米材料是科学界对环境问题和能源危机做出的最好解答。目前凭借其优异的低毒、机械和光学性能等，纳米纤维素材料已引起了广泛关注和研究，主要涉及纤维素纳米晶体(CNC)和纤维素纳米纤丝(CNF)材料。一般认为，CNC是指宽度为2～30nm，长度为50～500nm之间的一类材料，常常通过化学法制备得到；而CNF则具有不大于100nm的宽度且长度超过500nm，多为微射流均质化处理得到。然而现阶段CNF和CNC的制备存在诸多弊端，如有毒腐蚀性化学品的使用、高能耗、高成本等。

手性作为物体与其镜像不对称的结构性质，在自然界中普遍存在，是一个重要的研究领域，吸引了研究工作者们浓厚的兴趣。手性材料作为一种功能型材料，具有特殊的光学性能和潜在的应用价值，已经引起了各国科学工作者的广泛兴趣与重视。目前，纤维素基手性材料因为来源丰富、合成工艺简单、光学性能特殊﹑易于改性调控等成为手性材料研究的热点。

CNC液晶相具有自组装的行为，通过自组装方法得到的晶体彩色膜具有胆甾型液晶结构，但纯CNC得到的彩色膜强度低而限制了其光学应用价值。现阶段基于CNC膜结构色的调控和应用备受关注。近些年来不断有研究工作者在CNC自组装过程中添加水溶性小分子物质如聚乙烯醇、聚乙二醇、甘油等。但是这些制备过程仍然存在制备过程繁琐、不够环保、光学性能差等突出问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种纳米纤维素柔性虹彩膜的制备方法。

本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法制备得到的纳米纤维素液柔性虹彩膜。

本发明的再一目的在于提供上述纳米纤维素柔性虹彩膜的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种纳米纤维素柔性虹彩膜的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)马尾松浆料的酶解预处理：向马尾松浆料中加入一定量的纤维素内切酶，进行酶解反应；

(2)CNF的制备：将步骤(1)酶解后的浆料进行机械研磨和高压均质处理得到尺寸均匀的CNF；

(3)CNC的制备：将步骤(1)酶解后的浆料进行酸水解；经透析、旋蒸浓缩及超声处理得到CNC微晶悬浮液；

(4)碳量子点(CODs)的制备：将马尾松浆料先进行疏解，再进行水热反应，然后经离心分离，得到碳量子点；

(5)复合成膜：将步骤(2)、(3)、(4)中得到的CNF、CNC和CODs按照一定的质量比配置成悬浮液，然后通过浇铸的方式倒入培养皿中，干燥得到纳米纤维素柔性虹彩膜。

步骤(1)中所述的纤维素内切酶的加入量为10～15mg/g浆料。

步骤(1)中所述的酶解反应的条件为：pH为4.0～4.5，反应温度为60～65℃，反应时间为50～100min。