一种制备高强度纳米纤维素紫外屏蔽复合薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备高强度纳米纤维素紫外屏蔽复合薄膜的方法，采用单宁酸辅助烟酰胺接枝Tempo氧化纳米纤维，采用真空过滤法制备获得复合薄膜。本发明专利技术方法制备所得的薄膜，在200

【技术实现步骤摘要】
一种制备高强度纳米纤维素紫外屏蔽复合薄膜的方法


[0001]本专利技术属于纳米薄膜材料
，具体涉及一种制备高强度纳米纤维素紫外屏蔽复合薄膜的方法。

技术介绍

[0002]随着臭氧层被温室效应所破坏，太阳对地球的紫外辐射程度日益加剧。紫外光按照波长划分可以分为三个区段，分别为100
‑
290nm的短波紫外线(UVC)、波长为290
‑
320nm的中波紫外线(UVB)和波长为320
‑
400nm的长波紫外线(UVA)。其中UVB和UVA主要由臭氧层阻挡吸收，长期照射人体皮肤可以引起多种症状如红斑、灼伤、色素沉着，并且深入真皮层产生自由基对细胞DNA造成不可逆装的损害。传统无机抗紫外薄膜主要通过添加ZnO、TiO2、CeO2赋予屏蔽性能，此种屏蔽剂会导致皮肤湿疹皮炎，增加患皮肤癌的风险，并将色素残留于衣物上。纳米材料毒性更小，更稳定，对人体更安全，并且由于纳米材料具有的纳米效应，其紫外吸收效果更加显著和专一。
[0003]纤维素以其丰富的存在和广泛的功能而备受赞誉。作为植物细胞壁不可分割的一部分，纤维素占植物界碳含量的50％以上，是成本低廉、易于获得的可降解可持续的生物材料，可以通过简单的预处理制备纤维素纳米纤维(CNF)，CNF比表面积大、结晶度高、模量高是非常适合表面改性的基质材料。以纳米纤维素为骨架制备抗紫外薄膜在当今收到了广泛关注，但仍存在屏蔽效率有限、制备工艺复杂、成本高等问题。

技术实现思路

[0004]为了解决日益严重的紫外辐射问题以及弥补传统抗紫外薄膜材料的显著缺点，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种制备高强度纳米纤维素紫外屏蔽复合薄膜的方法，将单宁酸辅助烟酰胺与Tempo氧化纤维素纳米纤维反应接枝制备出薄膜，具备高效抗紫外性的同时，力学性能，疏水性等也得到了很大的改善。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种制备高强度纳米纤维素紫外屏蔽复合薄膜的方法，采用单宁酸辅助烟酰胺接枝Tempo氧化纳米纤维，采用真空过滤法制备获得复合薄膜。
[0007]所述的制备高强度纳米纤维素紫外屏蔽复合薄膜的方法，包括以下步骤：
[0008]1)Tempo氧化纤维素纳米纤维分散液制备；
[0009]2)向分散液中加入单宁酸，进行酰胺化反应；
[0010]3)加入烟酰胺改性Tempo纤维素纳米纤维，并均质分散；
[0011]4)采用真空抽滤法制备纳米纤维素基薄膜。
[0012]步骤1)的具体过程为：用50g蒸馏水分散绝干0.3g TEMPO
‑
CNF凝胶制成悬浮液，利用细胞破碎仪并使用超声探头分散均匀2h，功率520w，工作时间5s，间隔时间3s。
[0013]步骤2)的具体过程为：加入单宁酸，在室温下进行磁力搅拌；向悬浮液中加入EDC，调pH至4.5，然后加入NHS，继续搅拌30分钟后，调pH至8.25。
[0014]所述的制备高强度纳米纤维素紫外屏蔽复合薄膜的方法，EDC和NHS的加入总量与分散液中的羧基含量摩尔比为1∶1∶4，其EDC与NHS的加入量分别为2.367g以及1.421g。
[0015]步骤3)的具体过程为：向悬浮液中加入烟酰胺，在室温下磁力搅拌，控制pH在8.25，磁力搅拌72小时后，酰胺化反应通过0.5M的盐酸溶液降低pH至4.5而终止；之后加入蒸馏水使体系中和，pH控制在7.6。
[0016]所述酰胺化反应中加入的烟酰胺与Tempo氧化纳米纤维的羧基含量比为2∶1，其烟酰胺加入量为12.061g。
[0017]所述的制备高强度纳米纤维素紫外屏蔽复合薄膜的方法所获得的复合薄膜。
[0018]所述的强度纳米纤维素紫外屏蔽复合薄膜，在200
‑
320nm紫外光区段处具有的完全屏蔽性，在可见光范围透光率大于60％。
[0019]有益效果：与现有技术相比，本申请的优势在于：本专利技术方法制备所得的薄膜，在200
‑
320nm波长处具有紫外完全屏蔽的作用，在可见光处的透射率大于等于60％。相较于未改性纤维素纳米纤维薄膜而言，在维持了原有结晶度和表面疏水行为的情况下，改善力学性能和热稳定性。此外，本专利技术成本低廉，取材绿色环保，自然界存量丰富，不添加任何有害物质，对生物亲和力强，应用前景广阔。
附图说明
[0020]图1为不同烟酰胺添加量与对照组复合薄膜的x射线衍射分析以及结晶度分析结果图；
[0021]图2为不同基于纤维素纳米纤维薄膜的紫外吸收光谱测试以及其紫外屏蔽率分析(200
‑
400nm)结果图；
[0022]图3为不同烟酰胺添加量与对照组复合薄膜的接触角拍摄照片及其测试结果图；
[0023]图4为不同烟酰胺添加量与对照组复合薄膜的力学性能测试(包括杨氏模量及韧性)结果图；
[0024]图5为部分基于纤维素纳米纤维的不同烟酰胺添加量复合薄膜的热重分析以及热失重速率分析结果图。
具体实施方式
[0025]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的说明。
[0026]以下实施例中采用的EMPO
‑
CNF凝胶可以采用现有技术进行制备，其凝胶固含量1.13％，羧基含量1.86mmol/g，典型的制备方法如下：将0.1g NaBr、0.016g Tempo试剂(2，2，6，6
‑
四甲基哌啶氮氧化物)与900mL蒸馏水放入烧杯，混合并磁子搅拌1小时，再将绝干1g纤维素纳米纤维样品放入润胀半小时(持续搅拌)，按每g纤维素样品添加5mmol NaClO的量一次性加入NaClO，继续磁子搅拌1小时。将混合物放置于水质分析仪的磁力台上，并加入HCL将pH控制在10，持续反应3h。加入少量乙醇，并终止反应。将反应后的混合物调pH至7，反复用去离子水离心，取沉淀，制成悬浮液冷藏。
[0027]以下实施例中，各产品性能检测方法为：采用紫外分光光度计(UV
‑
2550，Shimadzu)在200
‑
1000cm
‑1处测定了材料的透光度。采用接触角测量仪(Kino SL200KS)分析了材料的亲疏水程度。由力学性能分析仪(Zwick/2005，产地德国)分析了材料的最大应变
以及应力。利用x射线衍射仪(Rigaku Ultima IV)以及maud(version 2.7)对材料的XRD的图谱以及晶体结构进行了分析。
[0028]实施例1
[0029]一种制备高强度纳米纤维素紫外屏蔽复合薄膜的方法，过程如下：
[0030]1)取26.549g TEMPO
‑
CNF凝胶加入50g蒸馏水，制备成悬浮液，利用细胞破碎仪并使用超声探头分散均匀2h、功率520w(650w、80％)、工作时间5s、间隔时间3s。
[0031]2)向步骤1)的体系中加入0.005g单宁酸，在室本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备高强度纳米纤维素紫外屏蔽复合薄膜的方法，其特征在于：采用单宁酸辅助烟酰胺接枝Tempo氧化纳米纤维，采用真空过滤法制备获得复合薄膜。2.根据权利要求1所述的制备高强度纳米纤维素紫外屏蔽复合薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)Tempo氧化纤维素纳米纤维分散液制备；2)向分散液中加入单宁酸，进行酰胺化反应；3)加入烟酰胺改性Tempo纤维素纳米纤维，并均质分散；4)采用真空抽滤法制备纳米纤维素基薄膜。3.根据权利要求2所述的制备高强度纳米纤维素紫外屏蔽复合薄膜的方法，其特征在于，步骤1)的具体过程为：用50g蒸馏水分散绝干0.3g TEMPO
‑
CNF凝胶制成悬浮液，利用细胞破碎仪并使用超声探头分散均匀2h，功率520w，工作时间5s，间隔时间3s。4.根据权利要求2所述的制备高强度纳米纤维素紫外屏蔽复合薄膜的方法，其特征在于，步骤2)的具体过程为：加入单宁酸，在室温下进行磁力搅拌；向悬浮液中加入EDC，调pH至4.5，然后加入NHS，继续搅拌30分钟后，调pH至8.25。5.根据权利要求4所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌喆，勇强，任宇轩，赖晨欢，黄曹兴，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：