专利名称：一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种透明复合薄膜及其制备方法。
背景技术：
纳米纤丝化天然高分子具有纳米级精细尺度、高强度、高比表面积、高长径比等优点，广泛存在于各种林木废弃物、植物茎干、废弃报纸、棉花、麻、竹、秸杆、蔗渣及虾壳、蟹壳等各种生物质材料中。如何高效开发利用纳米纤丝化天然高分子材料是当前国内外关注和研究的重点。自组装技术是指分子及纳米颗粒等结构单元在没有外来干涉的情况下，通过非共价键作用自发地缔造成热力学稳定、结构稳定、组织规则的聚集体的过程，通过模拟自然界的自组装过程改进现有的或者发现新的高性能材料，进而制造出新的功能材料，主要是利用分子之间靠非共价键作用力(包括静电作用、范德华力、疏水作用力、氢键等)自发形成具有一定结构和功能的聚集体的过程。自组装技术作为一种界面超分子组装技术，可用于纳米纤丝化天然高分子与其他高分子材料通过氢键作用而制备新材料。现有的透明薄膜存在着质脆、拉伸强度不高，易开裂的缺点，无法满足日益发展的工程技术的要求，因而限制了透明薄膜的进一步应用。为改善透明薄膜的这些缺点，人们采用了对树脂改性、薄膜合成单体改性、添加有机或无机填料来提高薄膜的力学性能，但在薄膜力学性能改善的同时，薄膜的透明度却下降的非常严重，严重影响透明薄膜的的应用范围和使用领域。
发明内容
本发明是要解决现有的增强透明薄膜的方法制备得到的薄膜在增强力学性能的同时，透明度却下降严重问题，而提供了一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜及其制备方法。一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜，由第一层透明薄膜、第二层纳米纤丝化天然高分子夹心层和第三层透明薄膜复合而成。所述的纳米纤丝化天然高分子为纤维素或甲壳素的纳米纤丝，且纳米纤丝化天然高分子的直径不大于IOOnm,长度大于10 μ m。所述的透明薄膜为聚乙烯醇透明薄膜、聚乳酸透明薄膜、三聚氰胺透明薄膜、尿醛树脂透明薄膜、环氧树脂透明薄膜或聚乙烯透明薄膜。一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的制备方法，具体按以下步骤完成的:一、将纳米纤丝化天然高分子在分散剂中分散，配制成质量百分比浓度为
0.01% 15%的纳米纤丝化天然高分子分散液；二、配制透明薄膜的成膜液；
三、将透明薄膜的成膜液，采用流延法，制备得到了第一层透明薄膜；四、将步骤一得到的纳米纤丝化天然高分子分散液均匀分散在步骤三得到的第一层透明薄膜上，自然流延成层，室温下风干，得到覆盖有第二层纳米纤丝化天然高分子夹心层的第一层透明薄膜；五、将透明薄膜的成膜液，采用流延法，在步骤四得到的第二层纳米纤丝化天然高分子夹心层上，制备得到第三层透明薄膜，即完成了纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的制备。所述的纳米纤丝化天然高分子为纤维素或甲壳素的纳米纤丝，且纳米纤丝化天然高分子的直径不大于IOOnm,长度大于10 μ m。所述的分散剂为蒸馏水、去离子水、乙醇、丙酮、环己烷、叔丁醇和二甲基亚砜中的一种或其中几种的混合物，其中，混合物中各组分为任意比。所述的透明薄膜为聚乙烯醇透明薄膜、聚乳酸透明薄膜、三聚氰胺透明薄膜、尿醛树脂透明薄膜、环氧树脂透明薄膜或聚乙烯透明薄膜。所述的步骤二中的透明薄膜的成膜液用于制备透明薄膜，成膜液的质量百分比浓度为0.5% 15%,所述的步骤三的流延法，具体是按以下步骤完成的:取透明薄膜的成膜液在平整的聚四氟乙烯板上延流成膜，用聚四氟乙烯刮板刮匀，干燥，即得到了第一透明薄膜；所述的步骤五的流延法，具体是按以下步骤完成的:取透明薄膜的成膜液在第二层纳米纤丝化天然高分子夹心层上延流成膜，用聚四氟乙烯刮板刮匀，干燥，即得到了第三层透明薄膜。所述的干燥的方法为自然风干法和真空烘箱干燥法。本发明的优点:一、本发明提供的一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜，拉伸强度可达到60.5MPa，相对于现有的聚乙烯醇透明薄膜的拉伸强度为41.4MPa，提高了 46%，同时，本发明提供的透明复合薄膜的透明度仍高达89.2%，能够实现在保证透明度的前提下，增强薄膜的力学性能；二、本发明提供的一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的制备方法，工艺简单，经简单流延即可生成均一、透明的高品质复合薄膜，制备得到的透明复合薄膜连续、均一、柔软可弯折。
图1为试验一的纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的机理图；图2为试验一的纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜宏观照片图；图3为试验一的纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的扫描电子显微镜图。
具体实施例方式具体实施方式
一:本实施方式是一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜，是由第一层透明薄膜、第二层纳米纤丝化天然高分子夹心层和第三层透明薄膜制备而成的。本实施方式选用成膜物质作为基体，利用纳米纤丝化天然高分子分散液中的分散剂将其表面活化润胀，使第一层薄膜暴露出表层羟基与纳米纤丝化天然高分子发生氢键作用，吸附沉积在薄膜表层；同时，这种定向地吸附作用使具有高结晶度的纳米纤丝化天然高分子紧密排布在透明薄膜层上，避免了纳米纤丝化天然高分子松弛排布对透光率的影响，从而使得复合薄膜具有高透光率、高拉伸强和较高热稳定性的特点。本实施方式的优点:一、本实施方式提供的一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜，拉伸强度可达到60.5MPa，相对于现有的聚乙烯醇透明薄膜的拉伸强度为41.4MPa，提高了 46%，同时，本实施方式提供的透明复合薄膜的透明度仍高达89.2%，能够实现在保证透明度的前提下，增强薄膜的力学性能；二、本实施方式提供的一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的制备方法，工艺简单，经简单流延即可生成均一、透明的高品质复合薄膜，制备得到的透明复合薄膜连续、均一、柔软可弯折。具体实施方式
二:本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于:所述的纳米纤丝化天然高分子为纤维素或甲壳素的纳米纤丝，且纳米纤丝化天然高分子的直径不大于IOOnm,长度大于10 μ m。其它与具体实施方式
一相同。具体实施方式
三:本实施方式与具体实施方式
一或二的不同点在于:所述的透明薄膜为聚乙烯醇透明薄膜、聚乳酸透明薄膜、三聚氰胺透明薄膜、尿醛树脂透明薄膜、环氧树脂透明薄膜或聚乙烯透明薄膜。其它与具体实施方式
一或二相同。具体实施方式
四:本实施方式提供了一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的制备方法，具体按以下步骤完成的:一、将纳米纤丝化天然高分子在分散剂中分散，配制成质量百分比浓度为
0.01% 15%纳米纤丝化天然高分子分散液；二、配制透明薄膜的成膜液；三、将透明薄膜的成膜液，采用流延法，制备得到了第一层透明薄膜；四、将步骤一得到的纳米纤丝化天然高分子分散液均匀分散在步骤三得到的第一层透明薄膜上，自然流延成层，室温下风干，得到覆盖有第二层纳米纤丝化天然高分子夹心层的第一层透明薄膜；五、将透明薄膜的成膜液，采用流延法，在步骤四得到的第二层纳米纤丝化天然高分子夹心层上，制备得到第三层透明薄膜，即完成了纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的制备。本实施方式选用成膜物质作为基体，利用纳米纤丝化天然高分子分散液中的分散剂将其表面活化润胀，使第一层薄膜暴露出表层羟基与纳米纤丝化天然高分子发生氢键作用，吸附沉积在薄膜表层；同时，这种定向地吸附作用使具有高结晶度的纳米纤丝化天然高分子紧密排布在透明薄膜层上，避免了纳米纤丝化天然高分子松弛排布对透光率的影响，从而制备出高透光率、高拉伸强和较高热稳定性的复合薄膜。本实施方式的优点:一、本实施方式提供的一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜，拉伸强度可达到60.5MPa，相对于现有的聚乙烯醇透明薄膜的拉伸强度为41.4MPa，提高了 46%，同时，本实施方式提供的透明复合薄膜的透明度仍高达89.2%，能够实现在保证透明度的前提下，增强薄膜的力学性能；二、本实施方式提供的一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的制备方法，工艺简单，经简单流延即可生成均一、透明的高品质复合薄膜，制备得到的透明复合薄膜连续、均一、柔软可弯折。
具体实施方式
五:本实施方式与具体实施方式
四的不同点在于:所述的纳米纤丝化天然高分子为纤维素或甲壳素的纳米纤丝，且纳米纤丝化天然高分子的直径不大于IOOnm,长度大于10 μ m。其它与具体实施方式
四相同。具体实施方式
六:本实施方式与具体实施方式
四或五的不同点在于:所述的分散剂为蒸馏水、去离子水、乙醇、丙酮、环己烷、叔丁醇和二甲基亚砜中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式
四或五相同。 本实施方式所述的混合物中各组分为任意比。具体实施方式
七:本实施方式与具体实施方式
四至六之一的不同点在于:所述的透明薄膜为聚乙烯醇透明薄膜、聚乳酸透明薄膜、三聚氰胺透明薄膜、尿醛树脂透明薄膜、环氧树脂透明薄膜或聚乙烯透明薄膜。其它与具体实施方式
四至六相同。具体实施方式
八:本实施方式与具体实施方式
四至七之一的不同点在于:所述的步骤二中的透明薄膜的成膜液用于制备透明薄膜，成膜液的质量百分比浓度为0.5% 15%。其它与具体实施方式
四至七相同。具体实施方式
九:本实施方式与具体实施方式
四的不同点在于:所述的步骤三的流延法，具体是按以下步骤完成的:取透明薄膜的成膜液在平整的聚四氟乙烯板上延流成膜，用聚四氟乙烯刮板刮匀，干燥，即得到了第一透明薄膜；所述的步骤五的流延法，具体是按以下步骤完成的:取透明薄膜的成膜液在第二层纳米纤丝化天然高分子夹心层上延流成膜，用聚四氟乙烯刮板刮勻，干燥，即得到了第三层透明薄膜。其它与具体实施方式
四相同。具体实施方式
十:本实施方式与具体实施方式
九的不同点在于:所述的干燥的方法为自然风干法和真空烘箱干燥法。其它与具体实施方式
九相同。采用以下试验验证本发明的效果:一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜，是由第一层聚乙烯醇透明薄膜、第二层纳米纤丝化天然高分子夹心层和第三层聚乙烯醇透明薄膜制备而成的。制备方法具体按以下步骤完成的:一、将纳米纤丝化天然高分子在去离子水中分散，经真空脱泡，配制成质量百分比浓度为0.5%的纳米纤丝化天然高分子的水分散液；二、配制聚乙烯醇透明薄膜的成膜液，真空脱泡；其中，成膜液的质量百分比浓度为为5% ；三、将聚乙烯醇透明薄膜的成膜液，在平整的聚四氟乙烯板上铺膜，用聚四氟乙烯刮板刮匀，室温下风干，得到聚乙烯醇膜，制备得到了第一层聚乙烯醇透明薄膜；四、将步骤一得到的纳米纤丝化天然高分子分散液均匀分散在步骤三得到的第一层聚乙烯醇透明薄膜上，自然流延成层，室温下风干，得到覆盖有第二层纳米纤丝化天然高分子夹心层的第一层聚乙烯醇透明薄膜；五、将聚乙烯醇透明薄膜的成膜液，采用流延法，在步骤四得到的第二层纳米纤丝化天然高分子夹心层上，制备得到第三层聚乙烯醇透明薄膜，即完成了纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的制备。试验一的纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的透光率为89.2%，拉伸强度为60.5MPa，较纯聚乙烯醇透明薄膜(拉伸强度为41.4MPa)增加了 46%。图1为试验一的纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的机理图。从图1中，可以观察到本试验选用聚乙烯醇透明薄膜作为基体，利用纳米纤丝化天然高分子分散液中的水将其表面活化润胀，使第一层薄膜暴露出表层羟基与纳米纤丝化天然高分子发生氢键作用，吸附沉积在薄膜表层；同时，这种定向地吸附作用使具有高结晶度的纳米纤丝化天然高分子紧密排布在透明薄膜层上，避免了纳米纤丝化天然高分子松弛排布对透光率的影响；试验一的纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的透光率为89.2%，拉伸强度为60.5MPa，较纯聚乙烯醇透明薄膜(拉伸强度为41.4MPa)增加了 46%。图2为试验一的纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜宏观照片图。从图2中，可以观察到制备的复合透明薄膜表面平整，可以清晰看到其后的物体，说明该纳米纤丝化天然高分子均匀分布于薄膜体内并显现出很高的透明度。对试验一的纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜进行扫描电子显微镜测试，得到图3。从图3中，可以观察到纳米纤丝化天然高分子形成一层清晰的薄层，说明纳米纤丝化天然高分子均匀成膜于两层基体膜之间，紧密排布在透明薄膜层上，起到了很好的增强作用。
权利要求
1.一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜，其特征在于:它是由第一层透明薄膜、第二层纳米纤丝化天然高分子夹心层和第三层透明薄膜复合而成的。
2.根据权利要求1所述的一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜，其特征在于:所述的纳米纤丝化天然高分子为纤维素或甲壳素纳米纤丝，且纳米纤丝化天然高分子的直径不大于IOOnm,长度大于10 μ m。
3.根据权利要求1或2所述的一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜，其特征在于:所述的透明薄膜为聚乙烯醇透明薄膜、聚乳酸透明薄膜、三聚氰胺透明薄膜、尿醛树脂透明薄膜、环氧树脂透明薄膜或聚乙烯透明薄膜。
4.制备如权利要求1所述的一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的方法，其特征在于:制备方法具体按以下步骤完成的: 一、将纳米纤丝化天然高分子在分散剂中分散，配制成质量百分比浓度为0.01% 15%的纳米纤丝化天然高分子分散液； 二、配制透明薄膜的成膜液； 三、将透明薄膜的成膜液，采用流延法，制备得到了第一层透明薄膜； 四、将步骤一得到的纳米纤丝化天然高分子分散液均匀分散在步骤三得到的第一层透明薄膜上，自然流延成层，室温下风干，得到覆盖有第二层纳米纤丝化天然高分子夹心层的第一层透明薄膜； 五、将透明薄膜的成膜液，采用流延法，在步骤四得到的第二层纳米纤丝化天然高分子夹心层上，制备得到第三层透明薄膜，即完成了纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的制备。
5.根据权利要求4所述的一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的制备方法，其特征在于:所述的纳米纤丝化天然高分子为纤维素或甲壳素纳米纤丝，且纳米纤丝化天然高分子的直径不大于IOOnm,长度大于10 μ m。
6.根据权利要求4或5所述的一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的制备方法，其特征在于:所述的分散剂为蒸馏水、去离子水、乙醇、丙酮、环己烷、叔丁醇和二甲基亚砜中的一种或其中几种的混合物。
7.根据权利要求4或5所述的一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的制备方法，其特征在于:所述的透明薄膜为聚乙烯醇透明薄膜、聚乳酸透明薄膜、三聚氰胺透明薄膜、尿醛树脂透明薄膜、环氧树脂透明薄膜或聚乙烯透明薄膜。
8.根据权利要求4或5所述的一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的制备方法，其特征在于:所述的步骤二中的成膜液用于制备透明薄膜，成膜液的质量百分比浓度为 0.5% 15%。
9.根据权利要求4所述的一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的制备方法，其特征在于:所述的步骤三的流延法，具体是按以下步骤完成的:取透明薄膜的成膜液在平整的聚四氟乙烯板上延流成膜，用聚四氟乙烯刮板刮匀，干燥，即得到了第一透明薄膜；所述的步骤五的流延法，具体是按以下步骤完成的:取透明薄膜的成膜液在第二层纳米纤丝化天然高分子夹心层上延流成膜，用聚四氟乙烯刮板刮匀，干燥，即得到了第三层透明薄膜。
10.根据权利要求4或9所述的一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜的制备方法，其特征 在于:所述的干燥的方法为自然风干法和真空烘箱干燥法。
全文摘要
一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜及其制备方法，涉及一种透明复合薄膜及其制备方法的领域。本发明是要解决现有的增强透明薄膜的方法制备得到的薄膜在增强力学性能的同时，透明度却下降严重问题。一种纳米纤丝化天然高分子增强的透明复合薄膜是由第一层透明薄膜、第二层纳米纤丝化天然高分子夹心层和第三层透明薄膜制备而成的。制备方法一、准备纳米纤丝化天然高分子分散液；二、制备第一层透明薄膜；三、在第一层透明薄膜上制备第二层夹心层；四、在夹心层上制备第三层透明薄膜。本发明制备得到的透明复合薄膜拉伸强度可达到60.5MPa，透明度高达89.2%，薄膜连续、均一、柔软可弯折。本发明适用于复合薄膜领域。
文档编号B32B23/08GK103144382SQ20131006948
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月5日 优先权日2013年3月5日
发明者李坚, 卢芸, 孙庆丰, 刘一星 申请人:东北林业大学