[发明专利]一种紫外光固化法制备高性能纤维素/树脂复合膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用光固化制备再生纤维素/树脂复合膜的方法。所制得的复合膜可广泛应用于高分子材料领域，包括食品、医药、服装等的包装以及平板显示基材方面。 

背景技术

石油资源的逐渐枯竭和环境问题日益恶化，开发可再生的天然高分子材料取代传统的石油化工产品具有越来越重要的意义。纤维素作为地球上最丰富的生物质，具有广阔的应用前景。再生纤维素薄膜具有高的透光性、力学强度和模量，但是由于其亲水性好，吸湿后会严重影响其力学性能，限制其应用范围。为了提高其性能，通常会先对其进行化学改性得到纤维素衍生物，然后再制备得到衍生纤维素膜材料，过程相对繁琐。如蔡杰等通过制备纤维素水凝胶、有机凝胶或气凝胶，然后对其进行热压处理，得到高强度透明纤维素材料。这种方法需要在30～200℃，压力10～160Mpa下经过热处理才可以得到透明膜(中国专利，CN101880410A)。在过去纤维素与树脂的复合研究中，由于纤维素在树脂中的分散性差，其应用受到很大限制。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)。廖等人将环氧树脂与单向排列的电纺纤维素复合制备得到光学透光性纤维素/环氧树脂复合膜，但这种方法所制备的电纺纤维素纤维素直径大小不均一，且所得纤维素纤维并没有严格在一个方向排列，影响其在树脂中的均匀分布，进一步会影响其透光性及机械性能(Aligned electrospun cellulose fibers reinforced epoxy resin composite films with high visible light transmittance.Liao Huangqiang，Wu Yiqiong，Zhan Xianrong，Liu Haiqing，Cellulose 2011，19，111-119.)。因此，寻求新的方法制备高性能的纤维素复合材料具有重要的意义。 

发明内容

本发明涉及一种新的制备纤维素复合材料的制备方法，即将再生纤维素膜先浸入到光固化树脂溶液中一段时间后，直接在紫外光照射下引发树脂固化得到高性能的纤维素/树脂复合薄膜。 

本发明所采用的再生纤维素膜除了可以通过铜氨法，或粘胶法制得外，还可以通过多种溶剂体系溶解天然纤维素得到纤维素溶液然后再生此溶液后得到，可以采用的溶剂体系有：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，NaOH/尿素/水，NaOH/硫脲/水，NaOH/尿素/硫脲/水，LiOH/尿素/水，LiOH/硫脲/水，LiOH/尿素/硫脲/水，NaOH/聚乙烯醇/水，LiOH/聚乙烯醇/水以及NaOH/尿素/ZnCl₂/水和LiOH/尿素/ZnCl₂/水等。 

用来制备再生纤维素膜的纤维素溶液的浓度根据其纤维素原料的聚合度以及溶剂体系的不同而改变。如当所用的天然纤维素原料的聚合度为500，采用NaOH/尿素/水(4～7wt％/6～12wt％/90～81wt％)或LiOH/尿素/水(4～6wt％/9～14wt％/87～80wt％)溶剂体系来溶解纤维素时，纤维素溶液的浓度宜控制在4～6wt％。当采 用的天然纤维素的聚合度在500时，LiCl/DMAC(4～6wt％/10～14wt％)溶剂体系来溶解纤维素时，纤维素溶液的浓度宜控制在6～12wt％。 

其中本发明所采用的光固化树脂包括环氧丙烯酸酯；聚氨酯丙烯酸酯；聚酯丙烯酸酯；聚醚丙烯酸酯，丙烯酸酯化聚丙烯酸树脂。所述的光固化树酯溶液的浓度为5～70wt％。更优先选择10～40wt％区间。 

根据所选用的树脂的不同，本发明所用到光引发剂为苯偶酰衍生物、二烷氧基苯乙酮、α-羟基烷基苯酮、α-胺烷基苯酮、酰基磷氧化物、二苯甲酮等。光引发剂的浓度为2～5wt％，优先选择3～4wt％。 

溶解光固化树脂和光引发剂所用的溶剂为甲醇，乙醇或丙酮。 

本发明所制备的再生纤维素/光固化树脂复合膜，和纯的再生纤维素膜相比，所得到的复合膜的透光性得到改善，憎水性增强；机械性能得到一定的提高。