专利名称：一种纳米纤维素复合膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合膜的制备方法。
背景技术：
随着人们对环保的日益重视，塑料使用后给环境带来的污染引起了世界的关注， 因此具有生物降解性的材料获得了蓬勃发展。聚乙烯醇膜具有优异的微生物分解性能，能被分解成二氧化碳和水，不污染环境，然而，聚乙烯醇膜拉伸强度相对较低，限制了其使用性能和应用范围。
发明内容
本发明要解决现有技术制备的膜材料拉伸强度低的问题，而提供一种纳米纤维素复合膜的制备方法。本发明一种纳米纤维素复合膜的制备方法按以下步骤进行一、制备纳米纤维素水溶胶采用强酸水解纤维素的方法制备纳米纤维素水溶胶；二、制备纳米纤维素成膜液称取聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、甘油、步骤一所制备的纳米纤维素水溶胶和去离子水并混合得混合液，将混合液在85 95°C的水浴中搅拌2 4h， 再超声处理5 15min，然后真空脱泡5 15min，得到纳米纤维素成膜液；其中，聚乙烯醇纳米纤维素聚丙烯酰胺甘油去离子水的重量份数比为(30 60) (O. 12
4.8) (O. 5 I. 5) (3 6) (900 1100)。三、制备纳米纤维素复合膜将步骤二得到的成膜液采用刮涂的方法刮涂在聚四氟乙烯板上，在室温下干燥22 26h，得到纳米纤维素复合膜。纳米纤维素具有许多优良性能，本实施方式采用纳米纤维素(晶须)的常用制法——强酸水解纤维素的方法制备纳米纤维素；以具有比表面积大、生物降解性好又具有非常高的强度的纳米纤维素作为填充材料，制备出高拉伸强度纳米纤维素复合膜，工艺简单，易操作，成本低。本发明所用纳米纤维素为增强相；聚丙烯酰胺为稳定剂、乳化剂和干强剂；甘油为增塑剂。通过添加纳米纤维素、聚丙烯酰胺及甘油后制备的纳米纤维素复合膜，最大拉伸强度高达66. 57MPa，较聚乙烯醇膜(39. 35MPa)，其拉伸强度最高可增强69. 17%，在环境友好型增强材料领域有广阔应用前景。本发明用于制备纳米纤维素复合膜。
图I是纯聚乙烯醇膜和实施例一至实施例六所制备的纳米纤维素复合膜的拉伸强度对比图，其中“_■_，，代表复合膜，“+，，代表纯聚乙烯醇膜；图2是纯聚乙烯醇膜和实施例一至实施例六所制备的纳米纤维素复合膜的的断裂伸长率对比图，其中“+，，代表复合膜，“_+—，，代表纯聚乙烯醇膜O
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式
，还包括各具体实施方式
之间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式一种纳米纤维素复合膜的制备方法按以下步骤进一、制备纳米纤维素水溶胶采用强酸水解纤维素的方法制备纳米纤维素水溶胶；二、制备纳米纤维素成膜液称取聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、甘油、步骤一所制备的纳米纤维素水溶胶以及去离子水并混合得混合液，将混合液在85 95°C的水浴中搅拌2 4h,再超声处理5 15min，然后真空脱泡5 15min，得到纳米纤维素成膜液；其中，聚乙烯醇纳米纤维素聚丙烯酰胺甘油去离子水的重量份数比为(30 60) (O. 12
4.8) (O. 5 I. 5) (3 6) (900 1100)。三、制备纳米纤维素复合膜将步骤二得到的成膜液采用刮涂的方法刮涂在聚四氟乙烯板上，在室温下干燥22 26h，得到纳米纤维素复合膜。本实施方式步骤二中聚乙烯醇纳米纤维素聚丙烯酰胺甘油去离子水的重量份数比为(30 60) (O. 12 4. 8) (O. 5 I. 5) (3 6) (900 1100)，其中纳米纤维素的重量是指纳米纤维素水溶胶中所含纳米纤维素的固含量。纳米纤维素具有许多优良性能，本实施方式采用纳米纤维素(晶须)的常用制法——强酸水解纤维素的方法制备纳米纤维素；以具有比表面积大、生物降解性好又具有非常高的强度的纳米纤维素作为填充材料，制备出高拉伸强度纳米纤维素复合膜，工艺简单，易操作，成本低。本实施方式所用纳米纤维素为增强相；聚丙烯酰胺为稳定剂、乳化剂和干强剂； 甘油为增塑剂。通过添加纳米纤维素、聚丙烯酰胺及甘油后制备的纳米纤维素复合膜，最大拉伸强度高达66. 57MPa，较聚乙烯醇膜(39. 35MPa)，其拉伸强度最高可增强69. 17%，在环境友好型增强材料领域有广阔应用前景。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中所述纤维素为微晶纤维素、芦苇浆、桉木浆、竹浆或秸杆。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
一或二不同的是步骤一中搅拌速度为500 700r/min。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是步骤二中真空脱泡的条件是温度为20 30°C、真空度为O. 03 O. 09MPa。其它与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是步骤三中刮涂在聚四氟乙烯板上的成膜液的厚度为40 60μπι。其它与具体实施方式
一至四之一相同。采用以下实施例验证本发明的有益效果实施例一
本实施例一种纳米纤维素复合膜的制备方法按以下步骤进行一、制备纳米纤维素水溶胶硫酸水解芦苇浆(碱预处理)制备纳米纤维素，取质量分数55%硫酸IOOmL,在60°C的恒温水浴中控制搅拌速度为400r/min，加入4g芦苇浆 (碱预处理)，水解2h，得到纳米纤维素悬浮液，离心洗涤4次至pH = 7，超声波破碎后得到纳米纤维素水溶胶，取25mL纳米纤维素水溶胶经干燥称重计算，得纳米纤维素水溶胶浓度为 6.184g/L ；二、制备纳米纤维素成膜液称取4. 3979g聚乙烯醇、3. 57mL步骤一所制备的纳米纤维素水溶胶、O. Ig聚丙烯酰胺、O. 44g甘油和96. 43mL去离子水并混合得混合液，将混合液在90°C的水浴中以600r/min的速度搅拌3h，再超声处理lOmin，然后在温度为25°C、真空度为O. 06MPa的条件下真空脱泡lOmin，得到纳米纤维素成膜液；三、制备纳米纤维素复合膜将步骤二得到的成膜液采用刮涂的方法刮涂在聚四氟乙烯板上，成膜液的厚度为60 μ m，在室温下干燥24h，得到纳米纤维素复合膜。实施例二 本实施例与实施例一不同的是步骤二中称取4. 3758g聚乙烯醇、7. 14mL步骤一所制备的纳米纤维素水溶胶、O. Ig聚丙烯酰胺、0.44g甘油和92.86mL去离子水。其它与实施例一相同。实施例三本实施例与实施例一不同的是步骤二中称取4. 2874g聚乙烯醇、21. 43mL步骤一所制备的纳米纤维素水溶胶、O. Ig聚丙烯酰胺、O. 44g甘油和78. 57mL去离子水。其它与实施例一相同。实施例四本实施例与实施例一不同的是步骤二中称取4. 1990g聚乙烯醇、35. 71mL步骤一所制备的纳米纤维素水溶胶、O. Ig聚丙烯酰胺、O. 44g甘油和64. 29mL去离子水。其它与实施例一相同。实施例五本实施例与实施例一不同的是步骤二中称取4. 1106g聚乙烯醇、50. OOmL步骤一所制备的纳米纤维素水溶胶、O. Ig聚丙烯酰胺、O. 44g甘油和50. OOmL去离子水。其它与实施例一相同。实施例六本实施例一种纳米纤维素复合膜的制备方法按以下步骤进行一、制备成膜液称取4. 4200g聚乙烯醇、O. Ig聚丙烯酰胺、O. 44g甘油和 100. OOmL去离子水并混合得混合液，将混合液在90°C的水浴中以600r/min的速度搅拌3h， 再超声处理lOmin，然后在温度为25°C、真空度为0. 06MPa的条件下真空脱泡lOmin，得到成膜液；二、制备复合膜将步骤一得到的成膜液采用刮涂的方法刮涂在聚四氟乙烯板上， 在室温下干燥24h，得到复合膜。实施例七本实施例一种纳米纤维素复合膜的制备方法按以下步骤进行—、制备纳米纤维素水溶胶硫酸水解芦苇浆(碱预处理)制备纳米纤维素，取质量分数55%硫酸IOOmL,在60°C的恒温水浴中控制搅拌速度为400r/min，加入4g芦苇浆 (碱预处理)，水解2h，得到纳米纤维素悬浮液，离心洗涤5次至pH = 6，超声波破碎后得到纳米纤维素水溶胶，取25mL纳米纤维素水溶胶经干燥称重计算，得纳米纤维素水溶胶浓度为 6.184g/L ；二、制备纳米纤维素成膜液称取4. 3758g聚乙烯醇、7. 14mL步骤一所制备的纳米纤维素水溶胶、O. Ig聚丙烯酰胺、O. 44g甘油和92. 86mL去离子水并混合得混合液，将混合液在90°C的水浴中以700r/min的速度搅拌4h，再超声处理lOmin，然后在温度为25°C、真空度为O. 06MPa的条件下真空脱泡lOmin，得到纳米纤维素成膜液；三、制备纳米纤维素复合膜将步骤二得到的成膜液采用刮涂的方法刮涂在聚四氟乙烯板上，成膜液的厚度为60 μ m，在室温下干燥24h，得到纳米纤维素复合膜。表I是实施例一至七制备纳米纤维素复合膜所用原料配比，对实施例一至七制得的纳米纤维素复合膜进行机械性能表征用螺旋测微仪对复合膜的厚度进行测量得到各样品的平均厚度，然后采用万能材料试验机测量其力学性能，计算得到其拉伸强度和断裂伸长率以及平均偏差，所得数据如表2所示。图I是纯聚乙烯醇膜和实施例一至实施例六所制备的纳米纤维素复合膜的拉伸强度对比图，其中“+，，代表复合膜，“+，，代表纯聚乙烯醇膜，横坐标纳米纤维素的质量分数是指原料中纳米纤维素占纳米纤维素和聚乙烯醇总质量的比例；从图中可以看出，复合膜的拉伸强度较纯聚乙烯醇膜有所提高，复合膜最大拉伸强度高达66. 57MPa，较聚乙烯醇膜(39. 35MPa)，其拉伸强度最高可增强69. 17%。图2是纯聚乙烯醇膜和实施例一至实施例六所制备的纳米纤维素复合膜的的断裂伸长率对比图，其中“_■_，，代表复合膜，“+，，代表纯聚乙烯醇膜，横坐标纳米纤维素的质量分数是指原料中纳米纤维素占纳米纤维素和聚乙烯醇总质量的比例；从图中可以看出，复合膜的断裂伸长率与纯聚乙烯醇膜相比有所下降，能满足使用需求。综合来看，本发明所制备的复合膜与纯聚乙烯醇膜相比，其使用性能有较大提高。本发明以具有比表面积大、生物降解性好又具有非常高的强度的纳米纤维素作为填充材料，制备出高拉伸强度纳米纤维素复合膜，工艺简单，易操作，成本低。通过添加纳米纤维素、聚丙烯酰胺及甘油后制备的纳米纤维素复合膜，最佳配比按重量份数比为1000份的水，4. 4份的甘油，I份的聚丙烯酰胺，44份的聚乙烯醇和O. 44份的纳米纤维素，所制得的纳米纤维素复合膜的拉伸强度为66. 57±0. 85MPa，断裂伸长率266. 0% ±6. 0% ;纯聚乙烯醇膜的拉伸强度39. 35±0· 62MPa，断裂伸长率301. 0% ±8. 6%0本发明所制备的纳米纤维素复合膜最大拉伸强度高达66. 57MPa，较聚乙烯醇膜 (39. 35MPa)，其拉伸强度最高可增强69. 17 %，在环境友好型增强材料领域有广阔应用前
旦
ο表I原料配比
权利要求
1.一种纳米纤维素复合膜的制备方法，其特征在于纳米纤维素复合膜的制备方法按以下步骤进行一、制备纳米纤维素水溶胶采用强酸水解纤维素的方法制备纳米纤维素水溶胶；二、制备纳米纤维素成膜液称取聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、甘油、步骤一所制备的纳米纤维素水溶胶和去离子水并混合得混合液，将混合液在85 95°C的水浴中搅拌2 4h， 再超声处理5 15min，然后真空脱泡5 15min，得到纳米纤维素成膜液；其中，聚乙烯醇纳米纤维素聚丙烯酰胺甘油去离子水的重量份数比为(30 60) (O. 12 4.8) (O. 5 I. 5) (3 6) (900 1100)。三、制备纳米纤维素复合膜将步骤二得到的成膜液采用刮涂的方法刮涂在聚四氟乙烯板上，在室温下干燥22 26h，得到纳米纤维素复合膜。
2.根据权利要求I所述的一种纳米纤维素复合膜的制备方法，其特征在于步骤一中所述纤维素为微晶纤维素、芦苇浆、桉木浆、竹浆或秸杆。
3.根据权利要求2所述的一种纳米纤维素复合膜的制备方法，其特征在于步骤一中搅拌速度为500 700r/min。
4.根据权利要求3所述的一种纳米纤维素复合膜的制备方法，其特征在于步骤二中真空脱泡的条件是温度为20 30°C、真空度为O. 03 O. 09MPa。
5.根据权利要求I至4中任意一项权利要求所述的一种纳米纤维素复合膜的制备方法，其特征在于步骤三中刮涂在聚四氟乙烯板上的成膜液的厚度为40 60 μ m。
全文摘要
一种纳米纤维素复合膜的制备方法，它涉及一种复合膜的制备方法。本发明要解决现有技术制备的膜材料拉伸强度低的问题。纳米纤维素复合膜的制备方法按以下步骤进行一、采用强酸水解纤维素的方法制备纳米纤维素水溶胶；二、称取聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、甘油、纳米纤维素水溶胶和去离子水并混合得混合液，水浴中搅拌2～4h，再超声处理，然后真空脱泡，得纳米纤维素成膜液；三、将步骤二得到的成膜液采用刮涂的方法刮涂在聚四氟乙烯板上，在室温下干燥，得到纳米纤维素复合膜。本发明工艺简单，易操作，成本低，所制备的纳米纤维素复合膜最大拉伸强度高达66.57MPa，较聚乙烯醇膜增强69.17％。本发明用于制备纳米纤维素复合膜。
文档编号C08L1/04GK102604139SQ20121006505
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月13日 优先权日2012年3月13日
发明者刘志明, 吴鹏, 王海英, 谢成 申请人:东北林业大学, 刘志明