[发明专利]一种疏水性纳米纤维素膜的制备方法

说明书

本发明公开一种利用纳米纤维素膜浸渍改性纳米碳酸钙悬浮液制备疏水性纳米纤维素膜的制备方法，涉及生物质复合材料技术领域，制备步骤包括：(1)纳米纤维素膜的制备：将纤维素纳米纤维与水共混，超声波分散后流延法干燥成膜；(2)改性纳米碳酸钙的制备：将纳米碳酸钙、改性剂和分散剂混合，水浴均匀搅拌，静置后对沉淀物洗涤干燥得改性纳米碳酸钙；(3)浸渍及烘干：将改性纳米碳酸钙制成一定浓度的悬浮液，将纳米纤维素膜用该悬浮液浸渍烘干，并重复操作，得疏水性纳米纤维素膜。本发明优点在于：生产工艺简单，制备出的纳米纤维素膜具有较好的疏水能力，强度较高、可完全降解、无有毒成分、透明度好，可用于包装、材料表面功能修饰等领域。

技术领域

本发明涉及生物质复合材料技术领域，具体涉及一种疏水性纳米纤维素膜的制备方法。

背景技术

近年来，随着仿生学的发展和人们环保意识的增强，通过仿生方法生产一种可降解的环境友好型薄膜以用于食品包装及材料表面功能修饰的想法受到社会普遍关注。纳米纤维素来源广泛，强度较高，且其本身可降解，但因纤维素含有大量亲水基团，使其机械性能不稳定、疏水能力差，如何更好地利用仿生方法来增加纳米纤维素膜表面的疏水性能，是当前面临的一项难题。

纳米碳酸钙作为无机化合物，本身不溶于水，可在纳米纤维素膜的表面形成凹凸不平的仿荷叶结构，但纳米碳酸钙疏水性能不是特别优良，通过纳米碳酸钙对十六烷基三甲氧基硅烷的吸附，可在纳米碳酸钙上附着一层疏水物质，仿照荷叶表面微观结构，形成疏水模型。

对于纳米纤维素的疏水改性处理，前人做了相应研究，如中国发明专利申请201610993865.1公开了一种纳米纤维素晶体疏水接枝的改性方法。包括以下步骤：将纳米纤维素晶体与饱和烷烃混合，常温或加热条件下高速搅拌，搅拌的同时依次加入含有硅氢键的聚甲基氢硅氧烷和催化剂，继续搅拌，脱氢气反应后得到混合液，采用偏氟膜过滤所述混合液，然后烘干，完成疏水改性。该方法在聚甲基氢硅氧烷与纳米纤维素晶体之间形成的化学键结合，能够提高纳米纤维素晶体的疏水性和耐水性，水接触角可达115°左右。但是，在实际使用过程中发现，该接枝方法操作复杂，所得改性纳米纤维素的疏水性能仍有待提高。

此外，中国发明专利申请201710667215.2公开了一种纤维素的疏水改性方法，包括如下步骤：将纤维素膜置于干燥器中，于干燥器底部放置一小型敞口容器，其中加入5～10mL硅烷化试剂，将干燥器抽成真空状态，放入烘箱中加热一段时间即得到疏水改性的纤维素膜。该法充分利用化学气相沉积方法，通过原位反应一步法直接制备得到疏水改性的纤维素膜，制得的膜水接触角可达90°～145°，此方法得到的改性纤维素的疏水能力有很大提高，但疏水性能不太稳定，同时对设备要求较高，工艺较为复杂。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种疏水性纳米纤维素膜的制备方法，使纳米纤维素膜表面具有易清洁疏水特性，同时采用纳米纤维素膜浸渍改性的方法减少制备过程的复杂程度、降低制备的成本。

一种疏水性纳米纤维素膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)以纤维素纳米纤维为原料，制备纳米纤维素膜。

(2)以纳米碳酸钙、改性剂、分散剂为原料，制备改性纳米碳酸钙。

(3)将步骤(2)中制备的疏水性改性纳米碳酸钙制成一定浓度的乙醇溶液，与步骤(1)中制备的纳米纤维素膜结合制得疏水性纳米纤维素膜。

进一步，制备纳米纤维素膜的方法步骤如下：

(1)将纤维素纳米纤维0.1～0.6份、水99.4～99.9份共混，超声波分散成悬浮液；

(2)将经步骤(1)处理后溶液经流延法成膜，在温度20～40℃，相对湿度20～50％的烘箱中烘干18～36h；

(3)将烘干后的纳米纤维素膜放入57％的干燥器中均衡一定3～5天。