[发明专利]可湿度响应的纳米纤维素复合薄膜的制备方法及所得产物

说明书

本发明提出一种可湿度响应的纳米纤维素复合薄膜的制备方法及所得产物。所述的制备方法包括步骤：(1)将纳米纤维素晶体与水按1:(50～80)配制为悬浮液，与1,3‑丁二醇BG按1:8～12混合，将混合后的悬浮液搅拌均匀后超声处理；(2)将步骤(1)处理后的悬浮液置于干燥容器中，在20～30℃，30～40％湿度条件下自然静置蒸发干燥。本发明提出的纳米纤维素复合薄膜，外源添加物的添加使薄膜变得更平整，热稳定性更高，具有湿度响应性能。

技术领域

本发明属于有机高分子化合物技术领域，具体涉及一种纳米纤维素复合薄膜及其制备方法。

背景技术

纳米纤维素晶体(直径小于100nm)是纳米尺度的纤维素材料，具有良好的生物相容性和无毒、生物降解性。纳米纤维素晶体存在手性向列结构，具有独特的光学特性。经过特定工艺处理，这种光学特性可以保存在纳米纤维素薄膜中，使纳米纤维素薄膜具有虹彩的结构色，薄膜的颜色随着观察角度的改变而改变。虹彩膜因其特殊的光学性能，可用于光学传感器、装饰品、光学防伪等领域。

目前生产的纳米纤维晶体膜脆性较高，又多选用聚乙二醇、低密度聚乙烯等高分子聚合物与纳米纤维素晶体复合，导致其生物降解性变差，难以应用于实际生产与包装，制约了复合薄膜作为环境友好性材料在食品领域的应用。Matouka等人使用等离子体(Ar/CH₄、Ar/NH₃和Ar/SiH₄)对CNC薄膜进行了功能化处理，可以在不影响结晶度的情况下提高膜疏水性或亲水性，并改善氧气隔绝能力使之应用于食品保鲜(Matouk Z,Torriss B,RincónR,Dorris A,Beck S,Berry R M,Chaker M.Functionalization of cellulosenanocrystal films using non-thermal atmospheric–pressure plasmas[J].AppliedSurface Science,2020,511:145566)。

纤维素纳米晶体(CNC)在食品科学与工程领域具备极大的应用前景，但由于CNC薄膜仍存在热稳定性较差、不易加工等问题，与实际应用还有很大差距。

因此，本研究旨在通过研究CNC的自组装过程、光学特性及热稳定性，开发性能优良的新型湿度响应CNC复合薄膜，从而为CNC在食品包装、传感器设计等方面的应用提供理论支持和技术支撑。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明的目的是提出一种可湿度响应的纳米纤维素复合薄膜的制备方法。

本发明的第二个目的是提出所述制备方法制得的纳米纤维素复合薄膜。

为实现本发明上述目的的技术方案为：

一种可湿度响应的纳米纤维素复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纳米纤维素晶体与水按1:(50～80)配制为悬浮液，与1,3-丁二醇(BG)按1:8～12(BG：CNC悬浮液)混合，将混合后的悬浮液超声处理；

(2)将步骤(1)处理后的悬浮液置于干燥容器中，在20～30℃，30～40％湿度条件下自然静置蒸发干燥；

所述干燥容器可以是聚合物材质的培养皿。超声完毕后可置于4℃冰箱中冷藏备用。

优选地，步骤(1)中，1,3-丁二醇与所述悬浮液混合的质量比例为1:9。

其中，所述纳米纤维素晶体的单体呈针状，长度为100～300nm。

进一步地，所述悬浮液的配制方法为：在搅拌状态下缓慢添加纳米纤维素晶体于涡流中，保持搅拌0.5～2h。

进一步优选地，将所述纳米纤维素晶体配置为浓度1.5wt％的悬浮液。