[发明专利]再生纤维素/环氧类树脂复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，特别是涉及一种由再生纤维素和环氧类树脂复合而成的薄膜。

背景技术

纤维素是目前地球上最丰富的可再生有机资源，其本身无毒，制成的纤维素薄膜在废弃后可在自然界中很快分解为CO₂和H₂O，对环境的污染很小。但是纯的纤维素薄膜的亲水性好，易吸湿而发生润涨，导致其力学性能大幅下降，透气性变差，从而限制了其应用。为了提高纤维素膜的性能，通过对其进行化学改性得到了纤维素衍生物，再由纤维素衍生物制备成纤维素基薄膜材料，已报道的有醋酸纤维素，羟甲基纤维素等纤维素基薄膜材料。

最近有研究者通过采用天然纤维素纳米纤维与环氧树脂形成的复合体系反应后可得到高性能的纤维素薄膜，但是膜的透光性较差，经过打磨后其透光性可以达到71%（Masaya Nogi, Shinichiro Iwamoto, Antonio Norio Nakagaito, and Hiroyuki Yano，Optically Transparent Nanofiber Paper, Adv. Mater. 2009, 21, 1595-1598）。蔡杰等用纤维素气凝胶为起始材料，将丙烯酸系列聚合物单体导入到纤维素气凝胶中，然后通过自由基聚合的方法得到性能较好的纤维素/聚丙烯酸类复合膜，这种膜的透光性和理学性能以及防水性都可以得到改善（中国专利，CN 101906233A），但是制备过程所需温度较高，不利于大规模的工业化发展。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种再生纤维素/环氧类树脂复合膜的制备方法。本发明制备得到的再生纤维素/环氧类树脂复合膜均匀性好，尤其具有良好的透光性能，复合纤维素膜的制备温度也较低。

本发明的技术方案如下：

再生纤维素/环氧类树脂复合膜的制备方法，具体制备步骤如下：

（1）制备纤维素膜；

（2）用去离子水洗涤步骤（1）得到的纤维素膜，再用有机溶剂A置换出纤维素膜中的水分；

（3）将环氧类树脂与固化剂溶解在有机溶剂B中，将步骤（2）得到的纤维素膜浸入到所述环氧类树脂与固化剂的溶解液中2~12小时，取出纤维素膜后在20~60℃下进行热固化4~36小时，得到再生纤维素/环氧类树脂复合膜。

步骤（1）制备纤维素膜可以使用铜氨法，或粘胶法，或使用溶解纤维素的溶剂将天然纤维素进行溶解，得到纤维素溶液，再将纤维素溶液流延或涂覆成膜状，通过凝固再生和水洗，制备成纤维素膜。 

所述溶解纤维素的溶剂为：氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吗啉氮氧化物/水、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钠/尿素、氢氧化钠/硫脲、氢氧化钠/尿素/硫脲、氢氧化锂/尿素、氢氧化锂/硫脲、氢氧化锂/尿素/硫脲、氢氧化钠/聚乙烯醇、氢氧化锂/聚乙烯醇、氢氧化钠/尿素/ZnCl₂、氢氧化锂/尿素/ZnCl₂中的一种。所述聚乙烯醇的聚合度小于500。

当采用的天然纤维素的聚合度为450~550、使用NaOH/尿素或LiOH/尿素溶剂体系来溶解天然纤维素时，制备得到的纤维素溶液的浓度控制在4wt%～6wt%；当采用的天然纤维素的聚合度为450~550、使用LiCl/DMAC溶剂体系来溶解天然纤维素时，制备得到的纤维素溶液的浓度控制在6wt%～12wt%。

步骤（2）所述的有机溶剂A为甲醇、乙醇、丙酮的至少一种。步骤（3）所述的环氧类树脂包括：缩水甘油醚类环氧树脂，缩水甘油酯类环氧树脂，缩水甘油胺类环氧树脂，线型脂肪族类环氧树脂和脂环族类环氧树脂的至少一种。

步骤（3）所述的固化剂为脂肪胺类、脂环胺类、芳香胺类、聚酰胺类、聚醚胺型、酚类、酸酐类或叔胺类固化剂。步骤（3）所述的有机溶剂B为甲醇、乙醇或丙酮。环氧树脂/固化剂/有机溶剂B的质量比 = 1 / 0.14~0.51 / 0.3~4。

在制备本再生纤维素/环氧类树脂复合膜的过程中，可以采用含有一种或多种无机填料的纤维素膜。对无机填料不做特别限定，只要其引入不明显影响复合膜的透光性即可。但优先选用的无机填料包括氧化锌，硫化锌，二氧化硅，蒙脱土，石墨烯以及还原石墨烯，硫酸钡，玻璃纤维等。