一种基于纤维素基/ZIF-8复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于纤维素基/ZIF‑8复合材料，包括纤维素基材料和带有金属离子的ZIF‑8晶体，其中纤维素基材料由棉纤维和表面含羧酸钠阴离子改性的纳米纤维素制得；ZIF‑8晶体通过原位生长的方式结合在纤维素基材料上。本发明专利技术还公开了一种基于纤维素基/ZIF‑8复合材料的制备方法，该方法制备的材料不仅具有良好的干湿强度，并具有可持续的抗菌性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于纤维素基/ZIF-8复合材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料制备
，具体涉及一种基于纤维素基/ZIF-8复合材料，本专利技术还涉及上述复合材料的制备方法。
技术介绍
医疗及食品包装行业急速发展，包装材料的性能也受到广泛重视。大量包装以塑料为基材，虽然具备良好的力学性能，但其难降解，难回收的问题却成为一大难题，使得自然环境被严重破坏。甚至一些塑料因为长期使用会对人体产生伤害。所以需要一种生物材料可以替代这些塑料包装，既具有良好的力学性能，也不会对环境造成压力。纯植物纤维的纤维素基材料天然可降解、力学性能优良，可作为食品医疗包装行业的原材料。但力学有一定局限性，且缺乏抗菌性能，对应用又有一定限制。纳米纤维素力学强度高，比表面积大，常作为增强材料，可以作为增强相加入进纤维素基材料中，提高材料力学性能。ZIF-8是一种锌基金属有机框架材料(MOF)材料，是多孔晶体材料。具有高表面积大，水稳定性、开放的金属位点等特点。另外，ZIF-8还具有良好的抗菌效果和抗菌持久性，近些年来有大量文献报道了将其作为抗菌添加剂制备抗菌复合材料的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于纤维素基/ZIF-8复合材料，该材料不仅具有良好的干湿强度，并具有可持续的抗菌性能。本专利技术的另一个目的是提供上述材料的制备方法。本专利技术所采用的第一种技术方案是，一种基于纤维素基/ZIF-8复合材料，包括纤维素基材料和带有金属离子的ZIF-8晶体，其中纤维素基材料由棉纤维和表面含羧酸钠阴离子改性的纳米纤维素制得；ZIF-8晶体通过原位生长的方式结合在纤维素基材料上。本专利技术所采用的第二种技术方案是：一种基于纤维素基/ZIF-8复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1，将表面含羧酸钠阴离子改性的纳米纤维素与水配成不同浓度的溶液A，并向各溶液A中分别加入0～15wt％的氢氧化钠溶液，得相应的不同浓度的溶液B；步骤2，利用湿法成型法，将棉纤维制成原纸，并浸渍在环氧氯丙烷中5-10s，将步骤1所得到的溶液B表面涂布在原纸上，并在并在40～80℃下加热反应形成纤维素基材料，通过去离子水洗涤三次后，烘干；步骤3，将二水合乙酸锌与2-甲基咪唑溶于聚乙二醇-200中，搅拌均匀，得到混合溶液C；步骤4，将溶液C直接均匀地涂在原纸表层，然后将涂好的纸张放入烘箱中在50-100℃下反应8～12h，获得的产物用乙醇充分洗涤三次，去除表面未反应的化学物质，并在60℃干燥后得到纤维素基/ZIF-8复合材料。本专利技术第二种技术方案的特点还在于，其中步骤1溶液A的浓度分别为0wt％、0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％。其中步骤2中的原纸定量在95±5g/m2。其中步骤2的烘干温度为50℃。其中步骤4中二水乙酸锌、2-甲基咪唑和聚乙二醇-200摩尔比为1:6.42:0.58。本专利技术的有益效果是，本专利技术利用棉纤维，表面含羧酸钠阴离子改性的纳米纤维素以及ZIF-8制备的纤维素基/ZIF-8材料，同时具备良好的力学和抗菌性能，为食品和医疗包装材料提供新的选择。且ZIF-8材料合成温度较低，能源消耗低，合成方法更为简便，能更大量的负载在纤维素基材料表面。附图说明图1为本专利技术一种基于纤维素基/ZIF-8复合材料的SEM图；图2为本专利技术一种基于纤维素基/ZIF-8复合材料的EDS图；图3为本专利技术一种基于纤维素基/ZIF-8复合材料的XRD图；图4为本专利技术一种基于纤维素基/ZIF-8复合材料的FTIR图；图5为本专利技术一种基于纤维素基/ZIF-8复合材料的TG图；图6为本专利技术一种基于纤维素基/ZIF-8复合材料的湿强度测试结果图；图7为本专利技术一种基于纤维素基/ZIF-8复合材料的干强度测试结果图；图8为本专利技术一种基于纤维素基/ZIF-8复合材料对大肠杆菌的抑菌效果测试图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术是一种基于纤维素基/ZIF-8复合材料，包括纤维素基材料和带有金属离子的ZIF-67晶体，其中纤维素基材料由棉纤维和表面含羧酸钠阴离子改性的纳米纤维素制得；ZIF-8晶体通过原位生长的方式结合在纤维素基材料上。纤维素基材料表面涂覆含羧酸钠阴离子的纳米纤维素，显示为负电荷，ZIF-8晶体带有金属离子显示正电荷。其中ZIF-8晶体是一种金属有机框架材料。其中纳米纤维素表面含羧酸钠阴离子，能够良好的分散到水相中，形成均匀的纳米纤维素溶液。本专利技术还提供上述复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1，将表面含羧酸钠阴离子改性的纳米纤维素与水配成不同浓度的溶液A，并向溶液A中分别加入0～15wt％的氢氧化钠溶液，得相应的不同浓度的溶液B；步骤2，利用湿法成型法，将棉纤维制成原纸，并浸渍在环氧氯丙烷中5-10s，将步骤1所得到的溶液B表面涂布在原纸上，并在并在40～80℃下加热反应形成纤维素基材料，通过去离子水洗涤三次后，烘干，烘干温度为50℃；步骤3，将二水合乙酸锌与2-甲基咪唑溶于聚乙二醇-200中，搅拌均匀，得到混合溶液C；步骤4，将溶液C直接均匀地涂在原纸表层，然后将涂好的纸张放入烘箱中50-100℃反应8～12h，获得的产物用乙醇充分洗涤三次，去除表面未反应的化学物质，并在60℃干燥后得到纤维素基/ZIF-8复合材料。其中步骤1溶液A的浓度分别为0wt％、0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％。其中步骤2中的原纸定量在95±5g/m2。其中步骤4中二水乙酸锌、2-甲基咪唑和聚乙二醇-200摩尔比为1:6.42:0.58。实施例1湿法成型的原纸定量为90g/m2，制备的纸张在环氧氯丙烷溶液中浸渍5s，40℃干燥。将0.019mol的二水合乙酸锌和0.122mol的2-甲基咪唑，混合在2mL的聚乙二醇-200搅拌均匀，将搅拌好的混合物直接涂到纸张表面，涂至均匀。然后放入50℃中反应8h，用100mL的乙醇洗涤三次，并在60℃的真空干燥箱中干燥3h。实施例2湿法成型的原纸定量为95g/m2，制备的纸张在环氧氯丙烷溶液中浸渍6s，再取出表面涂布0.5wt％的纳米纤维素(表面含羧酸钠阴离子，纳米纤维素溶液中的氢氧化钠浓度为1wt％。)80℃反应，再用去离子水洗涤三次，50℃烘干。将0.019mol的二水合乙酸锌和0.122mol的2-甲基咪唑，混合在2mL的聚乙二醇-200搅拌均匀，将搅拌好的混合物直接涂到纸张表面，涂至均匀。然后放入50℃中反应8h，用100mL的乙醇洗涤三次，并在60℃的真空干燥箱中干燥3h。实施例3湿法成型的原纸定量为96g/m2，制备的纸张在环氧氯丙烷溶液中浸渍6s，再取出表面涂布1wt％的纳米纤维素(表面含羧酸钠阴离子，纳米纤维素溶液中的氢氧化钠浓度为3wt％。)70℃反应，再用去离子水洗涤三次，50℃烘干。将0.019mol的二水合乙酸锌和0.122mol的2-甲基咪唑，混合在2mL的聚乙二醇-200搅拌均匀，将搅拌好的混合物直接涂到纸张表面，涂至均匀。然后放入60℃中反应9h，用100mL的乙醇洗涤三次，并在60℃的真空干燥箱中干燥3h。实施例4湿法成型的原纸定量为98g/m2，制备的纸张在环氧氯丙烷溶液中浸渍7s，再取出表面涂布1.5wt％的纳米纤维素(表面含羧酸钠阴离子，纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于纤维素基/ZIF‑8复合材料，包括纤维素基材料和带有金属离子的ZIF‑8晶体，其特征在于：所述纤维素基材料由棉纤维和表面含羧酸钠阴离子改性的纳米纤维素制得；ZIF‑8晶体通过原位生长的方式结合在纤维素基材料上。

【技术特征摘要】
1.一种基于纤维素基/ZIF-8复合材料，包括纤维素基材料和带有金属离子的ZIF-8晶体，其特征在于：所述纤维素基材料由棉纤维和表面含羧酸钠阴离子改性的纳米纤维素制得；ZIF-8晶体通过原位生长的方式结合在纤维素基材料上。2.一种基于纤维素基/ZIF-8复合材料的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤1：步骤1：将表面含羧酸钠阴离子改性的纳米纤维素与水配成不同浓度的溶液A，并向各溶液A中分别加入0～15wt％的氢氧化钠溶液，得相应的不同浓度的溶液B；步骤2，利用湿法成型法，将棉纤维制成原纸，并浸渍在环氧氯丙烷中5-10s，将步骤1所得到的溶液B表面涂布在原纸上，并在并在40～80℃下加热反应形成纤维素基材料，通过去离子水洗涤三次后，烘干；步骤3：将二水合乙酸锌与2-甲基咪唑溶于聚乙二醇-200中，搅拌均匀，得到混合溶液C；步骤4：将溶液C直接均匀地涂在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张素风，雷丹，钱立伟，张楠，侯晨，唐蕊华，刘丽娜，赵延，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61