包括纳米纤维素材料以及纳米颗粒的纳米复合材料的涂覆层制造技术

本申请涉及包括纳米纤维素材料以及纳米颗粒的纳米复合材料的涂覆层。本发明专利技术提供制品以及用于制造这类制品的方法，所述制品包括在其至少一个区上涂覆有具有纳米纤维素材料和纳米颗粒的纳米复合材料的层的基材。

Coating materials including nanoscale cellulose and nano particle nanocomposites.

The application relates to a coating layer comprising nano cellulose material and nano particle composite material. The invention provides a product and a method for manufacturing such a product, which includes a substrate with a layer of nano composite material with nanoscale material and nanoparticles on at least one area.

【技术实现步骤摘要】
包括纳米纤维素材料以及纳米颗粒的纳米复合材料的涂覆层本申请是申请日为2013年3月6日，申请号为201380012715.2，专利技术名称为“包括纳米纤维素材料以及纳米颗粒的纳米复合材料的涂覆层”申请的分案申请。
本专利技术大体涉及纤维素纳米材料的多层及其用途。背景纳米晶体纤维素(nanocrystallinecellulose,NCC)是由纤维素做成的最令人兴奋的新的生物材料之一，纤维素是树木以及植物的细胞壁的主要成分，并且存在于例如造纸厂和城市污水系统烂泥的废物流中。在其几乎纯的形式中，纤维素具有微小的晶体状分子结构。NCC具有有趣的性能和许多潜在应用。NCC可以呈现为在水中的液晶溶液并且对自组装成具有在纳米级的厚度的大规模有序的膜是已知的。纳米尺寸的晶体具有有趣的尺寸依赖性结构以及光学特性。影响加工变量的能力允许人们控制这类纳米晶体的结构、组成、尺寸以及分散水平。由这类材料比如聚乙烯(PE)和聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)组成的塑料膜的常规的和广泛的应用已经大大地增加，成为主要的环境问题。减少聚合物制品中的这类聚合物的量同时保持机械完整性，还赋予材料或制品光电特性的能力因多种原因，迄今因此已被证明不成功。专利技术概述本文所公开的本专利技术的专利技术人已开发出包含聚合材料和活性纳米纤维素材料的新型的复合材料。由于活性纳米纤维素材料赋予复合材料足以允许所使用的聚合材料的量大量减少的机械性能，并且由于与单独的聚合材料所测量的相同的性能相比，活性纳米纤维素材料还可以整体上调节复合材料的光学的、电子的、磁的以及机械的性能，因此本专利技术的复合材料为本领域已知的聚合材料提供独特的且极好的替代物。因此，本专利技术的复合材料可以被形成和构造成适合从供个人使用的制品到供工业应用中使用的制品的范围的多种应用。因此，本专利技术的一个方面提供具有基材的制品，所述基材在基材表面的至少一个区上涂覆有包括至少一种纳米纤维素材料和多个纳米颗粒的至少一个纳米复合材料的层，所述至少一个表面区和纳米纤维素材料之间的相互作用是静电的。换言之，本专利技术涉及包括基材和一个或更多个纳米复合材料的涂层、层或膜的多层或堆叠结构。本专利技术的多层可以包括一个或更多个另外的纳米颗粒和/或纳米纤维素材料的层，其中所述纳米颗粒和/或纳米纤维素材料在形式上不是具有聚合材料的纳米复合材料(即所有组分一起的共混物，非混合物)。如本文所使用的“至少一个纳米复合材料的层”是指与多个纳米颗粒直接接触的纳米纤维素材料的层、涂层或膜，所述多个纳米颗粒位于(定位于、夹于、嵌入于)所述纳米纤维素材料的层之间的界面或多个界面区，和/或在基材表面和与其直接结合的纳米纤维素材料的层之间的界面或界面区。纳米复合材料的“层”通常是单层、双层、多层、薄膜、分子层或纳米纤维素/纳米颗粒共混物的组合的任何形式。因此，纳米复合材料的层包括赋予本专利技术的多层产品期望的光学和机械性能的所有期望的材料组分。每层的厚度可以是在5nm至1000nm之间，或从5nm和100nm，或从5nm和50nm，或从5nm和30nm，或从5nm和20nm，或从50nm至900nm，或从100nm至700nm，或从200nm至500nm。应注意，本专利技术的多层产品可以另外包括其它的材料的层，包括不含纳米颗粒的纳米纤维素材料的层，如下文进一步公开的。因此，每个层的数目和特性是可变的并且可以取决于期望的性能以及期望的膜厚度，它们可以利用例如不同的扩散方法来控制。在某些实施方案中，所述多层由多个纳米纤维素/纳米颗粒层组成，每一层的厚度是在约5nm和20nm之间。在某些实施方案中，所述多层包括一个纳米复合材料的层以及不含纳米颗粒的一个或更多个纳米纤维素材料的层。在其他实施方案中，所述多层包括两个或更多个纳米复合材料的层(2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多)，其中所述多个纳米颗粒位于纳米纤维素材料的层之间的界面区。在某些实施方案中，所述多层包括至少10层、或在10层和500层之间、在10层和400层之间、在10层和300层之间、在10层和200层之间、或在10层和100层之间。在另外的实施方案中，所述多层包括至少100层、或在100层和500层之间、在100层和400层之间、在100层和300层之间或在100层和200层之间。在某些实施方案中，所述多层包括至少500层、或在500层和900层之间、在500层和800层之间、在500层和700层之间或在500层和600层之间。在某些实施方案中，所述多层包括基材和包括至少一种纳米纤维素材料和多个纳米颗粒的一个纳米复合材料的层，其中所述多个纳米颗粒位于(定位于、夹于或嵌入于)基材表面和纳米纤维素层之间的界面。不希望受理论束缚，在这种界面区的纳米颗粒的布置是由纳米纤维素材料自组装成有序的层来驱动的，这将纳米颗粒捕集在所述区并且阻止其团聚或大大地使其团聚减到最少。在某些实施方案中，利用化学吸附，纳米颗粒可以被嵌在膜中。使用化学相互作用，纳米颗粒可以通过与纳米纤维素材料形成共价键或氢键而被吸附。在这种情况下，纳米颗粒可以用帮助其与纳米纤维素材料相关联的相应的表面配体以及连接体(linker)来预涂覆。在某些实施方案中，另外的基材材料被布置在多层的两层或更多层的上表面，从而形成层压制品或夹层多层。如本领域的技术人员将认识的，包括纳米纤维素材料以及多个纳米颗粒的纳米复合材料以两组分(即纤维素和纳米颗粒)的共混物为特征，取决于纳米颗粒的选择，其可以显示出新的特性，新特性的出现归因于二者的组合。纳米复合材料可以包括另外的材料，比如粘合剂、干燥剂、湿润度调节剂、抗氧化剂、光稳定剂、润滑剂、重金属失活剂、防雾剂、抗静电剂、阻燃剂、填充剂、色素以及其他。如本文所使用的“纳米纤维素材料”是指任何类型的纤维素纳米颗粒，包括细菌纤维素(BC)、纳米纤化纤维素(nanofibrilatedcellulose,NFC)以及纳米晶体纤维素(NCC)，又称为纤维素晶须(CW)。纳米晶体纤维素(NCC)是从纤维素产生的纤维；NCC是典型的高纯度单晶。它们构成具有与邻近的原子的键合力相当的机械强度的通用类材料。所产生的高度有序的结构不仅产生不寻常的高强度而且在电气性能、光学性能、磁性能、铁磁性能、介电性能、导电性能和甚至超导性能上还产生显著的变化。NCC的抗拉强度性能远远超过当下高体积含量加强物的那些性能并且允许可达到的最高复合强度的处理。另一类型的纳米纤维素材料是纳米纤维，被称为微纤化纤维素(MFC)或纳米纤化纤维素(NFC)，其例如通过大体上被漂白了的浆料的酶处理，接着是大体上被漂白了的浆料的修剪和均化而被产生。在某些情况下，为了减少必需的生产能量，酶的预处理被应用。由于使用的相对温和的条件，非晶态纤维素依然完整，导致具有纳米度量的直径的微米长的纤维。细菌纤维素(BC)是从某些产生细菌比如葡萄糖酸菌(GluconobacterXilinus)的纤维素获得的纳米结构化的细胞外产物。纤维素原纤维，通常比从植物源(如没有木质素或半纤维素存在)获得的那些具有更高的结晶度和纯度，在其横截面上固有地具有纳米大小的尺寸。在某些实施方案中，纳米纤维素材料以具有至少50％的结晶度为特征。在另外的实施方案中，纳米纤维素材料是单晶的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制品，所述制品包括一个或更多个材料层，所述一个或更多个材料层的至少一个是纳米复合材料的层，所述纳米复合材料的层包括：纳米晶体纤维素(NCC)和多个纳米颗粒的共混物，其中所述纳米颗粒是选自ZnO、Al2O3、SiO2、CdSe、量子点和它们的组合，所述制品对水分或选自O2、CO2、CO、N2、NOx、SOx和H2的气体是不可渗透的，和/或所述制品能够阻挡UV辐射和/或IR辐射。

【技术特征摘要】
2012.03.06 US 61/607,1851.一种制品，所述制品包括一个或更多个材料层，所述一个或更多个材料层的至少一个是纳米复合材料的层，所述纳米复合材料的层包括：纳米晶体纤维素(NCC)和多个纳米颗粒的共混物，其中所述纳米颗粒是选自ZnO、Al2O3、SiO2、CdSe、量子点和它们的组合，所述制品对水分或选自O2、CO2、CO、N2、NOx、SOx和H2的气体是不可渗透的，和/或所述制品能够阻挡UV辐射和/或IR辐射。2.根据权利要求1所述的制品，其中所述至少一个纳米复合材料的层具有在5nm至1000nm之间的厚度。3.根据权利要求1所述的制品，其中所述至少一个纳米复合材料的层具有在50nm至900nm之间的厚度。4.根据权利要求1所述的制品，其中所述至少一个纳米复合材料的层具有在100nm至700nm之间或从100nm至700nm的厚度。5.根据权利要求1所述的制品，其中所述至少一个纳米复合材料的层具有在200nm至500nm之间的厚度。6.根据权利要求1至5中任一项所述的制品，所述制品还包括不含纳米颗粒的NCC的至少一个附加层。7.根据权利要求1至5中任一项所述的制品，其中所述纳米复合材料包括至少一种选自以下的附加的材料：粘合剂、干燥剂、湿润度调节剂、抗氧化剂、光稳定剂、润滑剂、重金属失活剂、防雾剂、抗静电剂、阻燃剂、填充剂以及色素。8.根据权利要求1所述的制品，其中所述NCC具有至少50％的结晶度。9.根据权利要求1所述的制品，其中所述NCC是单晶体。10.根据权利要求1所述的制品，其中所述NCC是以在长度上是至少100nm的颗粒的形式。11.根据权利要求10所述的制品，其中所述NCC颗粒在长度上是至多1,000μm。12.根据权利要求10所述的制品，其中所述NCC颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥德·舒叶夫，优素福·帕尔蒂尔，希拉·尤奇里斯，西格尔·巴鲁克莎伦，尤瓦尔·尼沃，
申请(专利权)人：耶路撒冷希伯来大学伊森姆研究发展有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL