[发明专利]一种表面氧化纤维素纳米纤维/层状双金属氢氧化物复合膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种表面氧化纤维素纳米纤维/层状双金属氢氧化物复合膜及其制备方法，所述复合膜由直径为3～4nm、平均长度为3～4μm的纤维素纳米纤维与层状双金属氢氧化物在水中自组装后制膜得到。本发明提供的复合膜具有很高的透光率及极好的力学性能(透光率85％以上，拉伸强度达220‑358MPa，拉伸模量达26‑37GPa)，另外，复合膜还具有良好的阻隔性、憎水性和阻燃性，并且厚度可调，该复合膜将在食品、药物和光电器件的封装及功能材料等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种表面氧化纤维素纳米纤维/层状双金属氢氧化物复合膜及其制备方法。

背景技术

当前塑料等白色污染日趋严重，必须开发可再生材料以取代传统石化产品。因此，生物质原料显得越来越重要。纤维素是自然界中储量最为丰富的天然高分子，其在植物中自组装成天然的纤维素纳米纤维，由于这种纤维素纳米纤维可生物降解、可再生、环境友好，还具有优异的力学性能和良好的透光性等特点，近年来吸引了广泛关注，成为生物质纳米材料研究领域的新兴热点。

LDH(层状双金属氢氧化物)是一类具有超分子插层结构的无机超分子功能材料，具有优异的强度、硬度、热稳定性和阻隔性能。将纤维素纳米纤维和LDH复合能够综合二者的优点，能够获得力学性能良好，同时具有良好的阻隔性、憎水性和阻燃性的膜材料。但目前制备的纤维素纳米纤维/层状双金属氢氧化物复合膜工艺比较复杂，且存在复合膜力学性能不容易保证，透明度不高的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种透明度高、力学性能好的表面氧化纤维素纳米纤维/层状双金属氢氧化物复合膜及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种表面氧化纤维素纳米纤维/层状双金属氢氧化物复合膜，所述复合膜由直径为3～4nm、平均长度为3～4μm的纤维素纳米纤维与层状双金属氢氧化物在水中自组装后制膜得到。

按上述方案，所述纤维素纳米纤维的制备方法为：将TEMPO与NaBr按质量比1:1～10加入去离子水中，搅拌至完全溶解，然后加入天然纤维素，TEMPO：天然纤维素的质量比＝0.01～0.1:1，然后加入NaClO，质量比TEMPO:NaClO＝0.01～0.1：1，用NaOH溶液调节体系pH值为9～11，在10～30℃下氧化反应5～7h后过滤、洗涤、干燥得到TEMPO氧化纤维素纳米纤维。

按上述方案，所述层状双金属氢氧化物的结构式为[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x+·[(An^m-)_x/m·yH₂O]，式中M²⁺选自Mg²⁺、Zn²⁺、Ca²⁺；M³⁺选自Al³⁺、Cr³⁺、Fe³⁺；An^m-选自CO₃^2-、C1^-、OH^-、NO₃^-或SO₄^2-；x取值为0.2-0.4。

优选的是，所述纤维素纳米纤维与层状双金属氢氧化物质量比为90～99：1～10。

本发明还提供上述表面氧化纤维素纳米纤维/层状双金属氢氧化物复合膜的制备方法，其步骤如下：