[发明专利]抗水性纳米微晶纤维素/聚乙烯醇/聚丙烯酸/二氧化硅复合纳米纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合纳米纤维膜的制备技术，尤其涉及抗水性纳米微晶纤维素/聚乙烯醇/聚丙烯酸/二氧化硅复合纳米纤维膜的制备方法。

背景技术

纤维素是由类似于多个葡萄糖分子组成的大分子多糖。在多糖生物材料中，纤维素纤维素作为地球上最古老、最丰富的天然高分子，是取之不尽用之不竭的，是人类最宝贵的天然可再生资源。纤维素广泛存在于大量植物、动物及细菌中，麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等，都是纤维素的丰富来源。每年自然界可生产的纤维素高达10¹⁰至10¹¹吨。对它的研究开发不仅有助于缓解日益严重的能源危机，而且对环保事业的发展也有推动作用。纳米微晶纤维素（NCC）由纤维素酸解得到，不溶于水、稀酸、稀氢氧化钠和大多数有机溶剂，具有高结晶度、较强刚性和优异的力学性能，且热空气老化性能、加工性能、动态力学性能以及生热都得到改善，利用这些性质，微晶纤维素可广泛应用于医药卫生、食品轻工、日用精细化工等领域，成为一种新兴的天然高分子功能材料，也因此成为近几年国内外学者研究的热点。CN1334272使用天然纤维素降解为纳米微晶纤维素,粒子尺寸在5～100nm之间, 颗粒外层和内层的局部或全部具有不同的纤维素晶型，改善了纤维素的反应能力,并为其功能化改性创造条件。CN102002173A将纳米微晶纤维素、白炭黑、橡胶复合制备补强橡胶材料。纳米微晶纤维素直径在20-60nm，平均长度300nm它具有可再生、密度小、可取向、强度高等特点，而且制备方法简便，价廉易得，是良好的橡胶补强材料。CN103131033A以废弃丝瓜络为原料，制得纳米纤维素胶体悬浮液，利用性质稳定的纳米纤维素胶体悬浮液为基体，和强氧化性的高锰酸钾溶液进行原位复合反应，一步制备出力学性能优良且兼具光、热、电磁等功能的纳米二氧化锰/纳米微晶纤维素复合薄膜材料。CN102080343A将阴离子纳米微晶纤维素作为纸张增强剂，其制备的阴离子纳米微晶纤维素是以纸浆、微晶纤维素或棉花为原料，采用酸水解法或生物酶水解法制备纳米微晶纤维素；将制得的纳米微晶纤维素改性制得阴离子改性的纳米微晶纤维素胶体悬浮液。向疏解好的浆料中加入一定量的该阴离子改性纳米微晶纤维素悬浮液，搅拌后抄成纸张，该纸张增强剂具有很好的生物相容性与生物可降解性，纸张增强效果好。

聚乙烯醇（PVA）具有较好的溶解性和粘度、无毒、生物相容性好、具有突出的粘结力和成膜成纤性，能与淀粉、塑胶、合成树脂、纤维素的衍生物及各类表面活性剂均能相互混溶并且有较好的稳定性。同时，聚乙烯醇可以看作是一种带有仲羟基的线型高分子聚合物，分子中的仲羟基具有较高的活性，能够进行低醇类的典型化学反应，还可与许多无机化合物、有机化合物反应，因而被广泛应用于各个领域中。但PVA在耐热、耐水、耐蠕变性等方面存在缺点限制了其的应用。聚丙烯酸（PAA）是一种常用的分散剂，具有良好的成膜性和吸湿性，在日用化工领域主要用作水溶性表面活性剂、洗涤助剂，有因其对人体皮肤无刺激、无副反应、不发生炎症且不引起血液凝固等特点,其在医药方面也有应用。将聚乙烯醇和聚丙烯酸混纺后在高温引发热交联生成不容性脂类物质可以很好改善聚乙烯醇不耐水、不稳定的缺点。而由正硅酸四乙酯预水解后与聚乙烯醇和聚丙烯酸交联形成的有机-无机复合凝胶制备的纳米纤维膜提供了无机骨架，使聚乙烯醇和聚丙烯酸制备的纳米纤维膜在水中更能保持更好的纳米纤维的形貌。Lei Li¹ 等对聚乙烯醇和聚丙烯酸表面官能团（-OH/-COOH）的摩尔比对纳米纤维膜的抗水性产生的影响进行了详细探讨。Alireza Kaboorani等²研究了纳米微晶纤维作为添加剂对聚乙烯醇作为粘合剂的改性。改性后的粘合剂热稳定性和粘接强度均有所增强。徐苏华³将纳米微晶纤维素进行表面改性，并用作填料部分替代白炭黑，通过与天然胶乳共沉，制备了天然橡胶/改性纳米微晶纤维素/白炭黑复合材料，综合力学性能、耐热氧老化性能、耐磨耗性能、耐曲挠龟裂性能得到改善。综上，展开纳米微晶纤维素/聚乙烯醇/聚丙烯酸/二氧化硅复合纳米纤维膜的制备与性能研究，对于扩大绿色复合纳米纤维膜材料在生物、化学、环境等领域上的应用以及推动包括纤维素在内的天然有机可再生材料在生物医药、环境保护、新型材料的开发等领域中的应用研究具有重大科学意义。以纳米纤维素为绿色有机增强剂，用溶胶-凝胶法及静电纺丝技术制得新型纳米微晶纤维素/聚乙烯醇/聚丙烯酸/二氧化硅的相关研究尚未见报道。

参考文献：