本發(fā)明公開了一種高強度的陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法，屬于納米復(fù)合材料制備領(lǐng)域。其基本特點是對納米纖維素進行陽離子化改性處理后，以改性納米纖維素作為增強劑，加入聚乙烯醇溶液中，通過流延法工藝制備復(fù)合膜。 本發(fā)明制備的陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜力學(xué)性能較強且光學(xué)性能優(yōu)良，同時保留聚乙烯醇復(fù)合膜的生物相容性、可降解性，在高強度可降解包裝材料中具有良好應(yīng)用前景。

權(quán)利要求書

1.一種高強度的陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法， 其特征在于如下制備步驟：

（1）制備陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜成膜液

稱取聚乙烯醇和去離子水， 水浴下混合得到聚乙烯醇水溶液， 將陽離子化改性納米纖維素以及丙三醇分別加入到聚乙烯醇水溶液中， 室溫攪拌后水浴超聲2 h；然后水浴靜置消泡，得到陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜成膜液。

（2）制備高強度的陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜

將上述成膜液靜置冷卻后， 采用流延法均勻傾倒在玻璃板上，在室溫下風(fēng)干24 h，得到高強度的陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜。

2.根據(jù)權(quán)利要求1 所述一種高強度的陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法，其特征在于所述陽離子化改性納米纖維素為醚化改性納米纖維素。

3.根據(jù)權(quán)利要求1 所述一種高強度的陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法，其特征在于步驟（1）所述水浴靜置消泡溫度為70 ℃水浴。

4.根據(jù)權(quán)利要求1 所述一種高強度的陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法，其特征在于復(fù)合膜中陽離子化改性納米纖維素∶聚乙烯醇∶去離子水∶丙三醇的質(zhì)量比為（2～30）∶（4～5）∶（70～100）∶（2～3）。

5.根據(jù)權(quán)利要求1 所述一種高強度的陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法，其特征在于步驟（2）所述陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜厚度為18～19 μm。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料制備領(lǐng)域， 具體涉及一種高強度的陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法。

背景技術(shù)

聚乙烯醇(PVA)是一種無毒、可降解的水溶性的線性多羥基聚合物，具有良好的成膜性、阻隔性、生物相容性。近年來，聚乙烯醇在包裝領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，但由于其成膜強度性能的缺陷限制了其發(fā)展。

納米纖維素（cellulose nanofibers，CNF）由于其納米尺度而具有高強度、輕質(zhì)的特點，而且可再生、可生物降解，被廣泛應(yīng)用于增強復(fù)合材料、過濾材料、吸附材料、生物醫(yī)藥材料等領(lǐng)域。 納米纖維素的制備方法包括TEMPO 催化氧化法， 酶處理以及高壓均質(zhì)、超聲處理等機械處理方法。 將納米纖維素作為增強劑加入聚乙烯醇溶液中， 可制備出高強度復(fù)合膜，但在與聚乙烯醇混合過程中，由于電性相斥，納米纖維素難以與聚乙烯醇混合均勻，從而影響成膜質(zhì)量。

而對納米纖維素進行陽離子化改性能夠很好地解決這個問題。 陽離子纖維素作為纖維素的衍生物之一，主要通過酯化、醚化或者加成試劑對納米纖維素的處理，在纖維素鏈中引入含有叔胺、季銨鹽和季磷鹽等結(jié)構(gòu)所制備而成， 穩(wěn)定納米顆粒的同時也賦予納米纖維素新的特性，在紡織印染、環(huán)境防護等領(lǐng)域均有應(yīng)用。陽離子化改性納米纖維素和PVA 極性相近，界面相容性好，都有著良好的可生物降解性，是環(huán)境友好型材料。 陽離子有著高剛性和高強度，而PVA 的剛性和強度相對較弱，制備陽離子化改性納米纖維素/PVA 復(fù)合材料可大大拓寬陽離子化改性納米纖維素和聚乙烯醇的應(yīng)用， 尤其在高強度可溶性包裝材料領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是： 針對因聚乙烯醇復(fù)合膜力學(xué)性能的不足， 從而限制其在包裝等領(lǐng)域的應(yīng)用的問題， 提供一種高強度的陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法。其基本特點是以陽離子化改性納米纖維素作為增強劑， 加入聚乙烯醇溶液中， 通過流延法工藝制備出力學(xué)性能較強且光學(xué)性能優(yōu)良的高強度復(fù)合膜。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實施：

（1）制備陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜成膜液

稱取聚乙烯醇和去離子水，水浴下混合得到聚乙烯醇水溶液，將陽離子化改性納米纖維素以及丙三醇分別加入到聚乙烯醇水溶液中， 室溫攪拌5～10 min后水浴超聲2 h；然后水浴靜置消泡5～10 min，得到陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜成膜液。

（2）制備高強度的陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜

將上述成膜液靜置冷卻后， 采用流延法均勻傾倒在玻璃板上，在室溫下風(fēng)干24 h，得到高強度的陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜。

所述陽離子化改性納米纖維素為醚化改性納米纖維素。

所述水浴溫度、水浴靜置消泡溫度均為70 ℃。

所述攪拌為機械攪拌，轉(zhuǎn)速為500～600 r/min。

所述一種高強度的陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法中， 陽離子化改性納米纖維素∶聚乙烯醇∶去離子水∶丙三醇的質(zhì)量比為（2～30）∶（4～5）∶（70～100）∶（2～3）。

所述一種高強度的陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜及制備方法中，膜厚度為18～19 μm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

（1）本發(fā)明采用流延法制備復(fù)合膜，工藝流程簡單，相比于吹塑法、擠出法等制膜方法，更易操作，大大降低了制膜成本。

（2）本發(fā)明制備的復(fù)合膜將陽離子化改性納米纖維素作為增強劑加入聚乙烯醇膜中， 其中對納米纖維素的陽離子化改性處理， 有效地解決了納米纖維素在聚乙烯醇溶液中易團聚的問題， 從而促進其在聚乙烯醇溶液中的均勻分散，使得復(fù)合膜力學(xué)性能大大提高。

（3）本發(fā)明制備的高強度的陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜具備優(yōu)良的光學(xué)、 力學(xué)性能，同時可生物降解，可以擴大聚乙烯醇膜材料在包裝、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用。

具體實施方式

下面通過具體實施實例對本發(fā)明的最佳實施方案進一步詳述。

1.制備陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜成膜液

稱取4 g 聚乙烯醇， 在70 ℃恒溫水浴下加入盛有88 mL 去離子水的燒杯中， 混合攪拌15 min 后在70 ℃水浴中消泡5 min，制得聚乙烯醇溶液，在聚乙烯醇溶液中依次加入濃度1.0%的陽離子化改性納米纖維素溶膠、1 g 丙三醇，室溫攪拌10 min，將混合液水浴超聲2 h，置于70 ℃水浴中消泡5 min，制得陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜成膜液。

2.制備高強度的陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜

將陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜成膜液冷卻，通過流延法均勻傾倒在玻璃板上，在室溫下風(fēng)干24 h 后得到高強度的陽離子化改性納米纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜。