[发明专利]基于纳米纤维素光子晶体碎片制备聚合物防伪膜的方法

说明书

本发明涉及属于生物材料领域，具体为基于纳米纤维素光子晶体碎片制备聚合物防伪膜的方法，该防伪膜的制备步骤为首先将纳米纤维素悬浮液制备成具有液晶结构的纳米纤维素光子晶体虹彩膜，然后将该膜破裂成碎片，碎片分散在聚合物溶液中，干燥后得到包含有纳米纤维素光子晶体虹彩膜碎片的聚合物防伪膜。本发明的有点是利用生物基材料‑纳米纤维素制备的虹彩色光子晶体碎片及其制备方法，并将该纳米纤维素光子晶体碎片嵌入聚合物复合膜中，利用该纳米纤维素光子晶体碎片的宏观形貌、颜色以及微观指纹结构等不可复制性应用于防伪方向，而聚合物复合膜作为支撑材料提供了必要的机械性能。

技术领域

本发明属于生物材料领域，具体为基于纳米纤维素光子晶体碎片制备聚合物防伪膜的方法，是纳米纤维素具有胆甾相液晶性质的光子晶体的碎片的制作方法，并将该碎片通过嵌入到聚合物复合膜中应用到防伪方向。

背景技术

纤维素是世界上最丰富的生物聚合物，具有良好的可再生性和生物可降解性。随着石油资源的枯竭，如何充分利用可再生资源成了人们关注的重点。其中，纤维素作为一种丰富来源的天然高分子材料引起了广泛关注。天然纤维素材料由纤维素分子排列紧密的结晶区和纤维素分子排列松散无定区组成，通过机械处理、氧化或酸水解等，可以选择性除去无定型区，得到了具有高比表面积、高长径比、高模量、表面基团丰富等特点的纳米纤维素。可以用不同种类的酸水解制备纳米纤维素，比如硫酸、盐酸、磷酸和己酸等。其中，硫酸水解制备的纳米纤维素的表面含有硫酸脂基，因此其表面带有负电荷。纳米纤维素的特殊的各向异性形貌和表面带电性使其能够在水中形成胆甾型液晶。胆甾型液晶由于具有特殊的螺旋结构,其突出的光学性质表现为选择性反射、强的旋光性、圆二色性等。这些特点有望开拓纤维素功能材料在光学及光电子材料领域中的应用。

目前关于纳米纤维素光子晶体膜的研究中，大部分研究是通过在纳米纤维素分散液中加入盐或聚合物等，通过控制溶剂去除条件制备胆甾液晶螺距可控的均匀膜，具有选择性反射的虹彩色薄膜。由于这种薄膜独特的颜色和胆甾液晶结构，有研究人员将这种薄膜直接应用在防伪领域。专利“一种纳米纤维素体胆甾型液晶纹理防伪标识的制备方法”(CN105199150A)中，采用纳米纤维素水分散液干燥得到具有胆甾型液晶纹理的液晶膜，其中每一枚纳米纤维素制作的防伪标识的纹理不同。专利“一种基于纳米晶体纤维素的光学防伪器件”(CN110164292A)中，将制备的纳米纤维素膜粘贴到双面胶基板, 以此作为纳米纤维素的光学防伪器件。然而这些方法得到纳米纤维素液晶薄膜机械性能差，非常脆，无法直接使用。专利“Synthetically modified thermoplastic polymer composites havingcellulose nanomaterials” (US10626226B2)中，通过将甲基丙烯酸甲酯颗粒、纳米纤维素粉末和纯聚丙烯共同熔化冷却混合形成具有聚合物涂覆的纤维素复合材料，在一定程度上也增强了纳米纤维素的力学性质。专利“氧化石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜的制备方法”(CN106700110A)中，将制备的纳米纤维素，氧化石墨烯与聚乙烯醇搅拌混合，室温下干燥成膜。由此解决的力学性能差的问题。尽管可以通过在纳米纤维素水分散液中加入聚合物制备纳米纤维素聚合物膜，从而提高纳米纤维素薄膜的力学性质，但是聚合物只能限定为水溶性聚合物，得到的纳米纤维素聚合物膜在水环境中会发生溶解，而且聚合物的加入会影响纳米纤维素胆甾型液晶结构的形成以及液晶的螺距。因此目前已经报道的方法无法将纳米纤维素光子晶体膜的指纹结构应用于防伪技术。

针对上述问题，本发明创新性地提出将纳米纤维素光子晶体薄膜破裂成碎片，然后将此纳米纤维素光子晶体碎片嵌入到不同种类的聚合物基体中，制备一种包裹了纳米纤维素光子晶体碎片的聚合物薄膜，该薄膜具有一定的力学强度和柔软性，光子晶体碎片宏观的形貌、在聚合物膜中的分布以及微观的指纹结构等，可应用防伪鉴别技术。

发明内容