專利名稱：纖維素和電氣石納米晶體復(fù)合材料及其制備方法和及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由纖維素和電氣石納米晶體復(fù)合材料及其制備方法和用途，屬于天然高分子化學(xué)領(lǐng)域，也屬于材料科學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚合物和無(wú)機(jī)粒子復(fù)合材料已成為現(xiàn)代材料科學(xué)的極富吸引力的領(lǐng)域(Maclachian，M.J.；Manners，I.；Ozin，G.A.AdvMater 2000，12，675)。在至少一維尺度上小于100納米的納米水平或分子水平的復(fù)合新材料稱為納米復(fù)合材料。由于納米晶體巨大的比表面積，它賦予了復(fù)合材料單個(gè)組分中無(wú)法體現(xiàn)許多協(xié)同性質(zhì)，比如力學(xué)性能(Giannelis，E.P.Adv Mater 1996，8，29)，熱學(xué)性能(Kojima，Y.；Usuki，A.；Okada，A.J Polym Sci Part APolym Chem 1997，35，2289)，電磁性能(Carotenuto G.C.；Her Y.S.；Matijevic E.IndEng Chem Res 1996，35，2929)等性質(zhì)。但是由于無(wú)機(jī)材料和有機(jī)聚合物的分子之間作用力差異，二者的界面不相容性和吸附力缺乏給制備相關(guān)材料帶來(lái)了困難。根據(jù)納米材料的特性和聚合物處理過(guò)程，近年來(lái)有一些新的手段在制備納米復(fù)合材料中得到應(yīng)用，比如溶膠凝膠工藝，溶劑懸浮液插層，熔融共混，插層聚合，納米粒子表面接枝聚合。
纖維素是自然界中最豐富的資源，其結(jié)構(gòu)為β-(1→4)連接的D-吡喃葡萄糖單體組成的線型高聚物。利用纖維素制備的透析膜、人工腸衣、超濾膜、微孔膜、色譜柱填料、中空纖維、保鮮膜、無(wú)紡布等產(chǎn)品已應(yīng)用于醫(yī)藥、生物制品、食品、工業(yè)、農(nóng)業(yè)及日常生活各個(gè)方面(Schurz J Prog Polym Sci，1999，24，481)。最近，通過(guò)復(fù)合納米晶體制備高分子新功能材料已得到廣泛重視。通過(guò)復(fù)合納米粒子可以保持原有材料的功能和生物特性，并且引入新的協(xié)同性質(zhì)，而且與化學(xué)改性相比，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。我們最近報(bào)道的新溶劑-NaOH/硫脲是一種纖維素的水相溶劑(專利公開(kāi)號(hào)CN 1358769A，2002，7)。因此用它可以分散無(wú)機(jī)納米晶體如電氣石(tourmaline)納米晶粒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種纖維素和電氣石納米晶體復(fù)合材料及其制備方法和用途，該復(fù)合材料強(qiáng)度較高、制備工藝簡(jiǎn)單、無(wú)環(huán)境污染、操作方便、成本低。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下一種纖維素和電氣石納米晶體復(fù)合材料，其基本組成為纖維素和電氣石納米晶粒。其中，電氣石納米晶粒的含量為1～25％，更佳為2～23％；纖維素的含量為75～99％，更佳為77～98％；所述百分比為重量百分比。
本發(fā)明還提供了上述纖維素和電氣石納米晶體復(fù)合功能材料的制法，將電氣石納米晶粒分散于4～8wt％NaOH和2～8wt％硫脲的混合水溶液體系中，攪拌得到穩(wěn)定分散懸浮液；將纖維素溶于4～8wt％NaOH和2～8wt％硫脲的混合水溶液體系，并于-8～-10℃冷凍制得4～6wt％的纖維素水溶液；按電氣石納米晶粒∶纖維素為1∶99～25∶75的重量配比將上述兩種溶液進(jìn)行混合，超聲環(huán)境中攪拌并過(guò)濾、脫氣，制得復(fù)合漿料；將復(fù)合漿料刮膜或噴絲，然后在1～20wt％的氯化鈣水溶液中凝固，并在1～20wt％的硫酸水溶液或1～10wt％的鹽酸水溶液中再生、干燥得到所需復(fù)合材料。
本發(fā)明所得到的復(fù)合材料機(jī)械強(qiáng)度高并具有抗菌活性。
上述纖維素的NaOH/硫脲水溶液依照如下方法配制按照公開(kāi)號(hào)為CN 1358769A的專利申請(qǐng)給出的方法制備混和NaOH/硫脲水溶液體系，并將纖維素溶解其中，然后將混合液于-8～-10℃下放置12小時(shí)，然后在冷水浴中解凍，溶解成為透明的纖維素的溶液。
電氣石納米晶粒水相分散溶液的制備將電氣石納米晶粒分散于4～8wt％NaOH和2～8wt％硫脲混合水溶液體系中，攪拌得到穩(wěn)定分散懸浮液。
以上百分比均為重量百分比。
本發(fā)明的纖維素/電氣石納米晶體復(fù)合功能材料及纖維可用作化工、食品、環(huán)保、醫(yī)用領(lǐng)域中的分離、蒸發(fā)滲透、離子交換、抗菌防臭及包裝材料。也可用作醫(yī)用材料。
與已有技術(shù)相比較，采用本發(fā)明的技術(shù)方案有顯著進(jìn)步，且能取得有益效果。由本發(fā)明所得的無(wú)機(jī)納米晶粒在復(fù)合膜、絲的強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、柔韌性基本保持純?cè)偕w維素膜和絲的性能，而且又賦予復(fù)合材料新功能，即保持了無(wú)機(jī)納米粒子的特性。采用水相體系進(jìn)行復(fù)合使纖維素加工成膜和纖維，不僅工藝簡(jiǎn)便，無(wú)環(huán)境污染、操作方便、成本低，而且制得的復(fù)合材料強(qiáng)度較高。
結(jié)構(gòu)和性能測(cè)試結(jié)果表明，本發(fā)明所用原料相容性好，所制得膜和纖維的結(jié)構(gòu)致密且具有良好的生物相容性、抗菌、遠(yuǎn)紅外保溫等的多種功能，因此可以預(yù)期它們?cè)卺t(yī)藥、環(huán)境、食品、化工等方面很有應(yīng)用前景。本發(fā)明科技含量較高，具創(chuàng)新性，而且具有廣泛的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明實(shí)施例1取10g再生纖維素于計(jì)量1.5M NaOH和0.65M硫脲混合溶液中混合均勻后，于-10℃冷凍12小時(shí)后解凍，過(guò)濾，制得5wt％的透明纖維素溶液。
將0.2～3g電氣石納米晶粒加入到20mL 1.5M NaOH和0.65M硫脲混合溶液中充分浸潤(rùn)活化，攪拌8小時(shí)，制得電氣石納米晶粒懸浮分散液。
將上述纖維素水溶液和電氣石納米晶粒懸浮分散液按纖維素∶電氣石納米晶粒為100∶2，100∶4，100∶8，100∶15，100∶30的重量配比進(jìn)行混合，超聲環(huán)境中劇烈攪拌并過(guò)濾、脫氣得到復(fù)合漿料，在玻璃板上刮膜，膜厚度約為0.2～0.3mm，然后浸入1～20wt％的氯化鈣水溶液中凝固5分鐘，再在1～20wt％的鹽酸水溶液或1～20wt％的硫酸水溶液中再生5分鐘，水沖洗后室溫下干燥(也可適當(dāng)升溫干燥)分別得到2.0wt％，3.8wt％，7.6wt％，13.0wt％，23.0wt％(以電氣石納米晶粒的含量計(jì))的復(fù)合膜。復(fù)合膜的斷裂強(qiáng)度為107Mpa～92MPa。納米粒子均勻分散于再生纖維素膜中，其平均尺寸為40nm到100nm。
實(shí)施例2金黃葡萄狀球菌(Staphylococcus aureus)由武漢大學(xué)中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心提供，是典型的生物醫(yī)學(xué)研究用細(xì)菌，并長(zhǎng)期被用來(lái)評(píng)價(jià)材料的抗菌性能。剝離細(xì)菌的克隆體于37℃下保存培養(yǎng)72小時(shí)，將實(shí)施例1所得纖維素和電氣石納米晶粒復(fù)合膜裁成1×1cm2，并置于93％的乙醇水溶液中浸泡消毒15min后用蒸餾水洗凈。所有試驗(yàn)儀器于200℃高壓釜中滅菌。復(fù)合膜材料覆蓋于培養(yǎng)皿營(yíng)養(yǎng)液中金黃葡萄狀球菌上方，觀察膜材料表面的孢子生長(zhǎng)情況以評(píng)價(jià)其抗菌性能。
抗菌性試驗(yàn)結(jié)果顯示該復(fù)合材料具有抑菌性能。在純纖維膜覆蓋的培養(yǎng)皿和空白培養(yǎng)皿中均出現(xiàn)孢子圓斑，而復(fù)合膜覆蓋的培養(yǎng)皿中為未出現(xiàn)孢子圓斑，隨著電氣石晶粒的加入，膜的抑菌性能增強(qiáng)。該材料可用于制備抗菌織物纖維或抗菌膜等醫(yī)用、日用材料。
權(quán)利要求
1.一種纖維素和電氣石納米晶體復(fù)合材料，其基本組成為纖維素和電氣石納米晶粒，其中，電氣石納米晶粒的含量為1～25％、纖維素的含量為75～99％，所述百分比為重量百分比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征是電氣石納米晶粒的含量為2～23％、纖維素的含量為77～98％，所述百分比為重量百分比。
3.權(quán)利要求1所述的纖維素和電氣石納米晶體復(fù)合材料的制備方法，其特征是將電氣石納米晶粒分散于4-8wt％NaOH和2-8wt％硫脲的混合水溶液體系中，攪拌得到穩(wěn)定分散懸浮液；將纖維素溶于4-8wt％NaOH和2-8wt％硫脲的混合水溶液體系，并于-8～-10℃冷凍制得4～6wt％的纖維素水溶液；按電氣石納米晶?！美w維素為1∶99～25∶75的重量配比將上述兩種溶液進(jìn)行混合，超聲環(huán)境中攪拌并過(guò)濾、脫氣，制得復(fù)合漿料；將復(fù)合漿料刮膜或噴絲，然后在1～20wt％的氯化鈣水溶液中凝固，并在1～20wt％的硫酸水溶液或1～10wt％的鹽酸水溶液中再生得到所需復(fù)合材料。
4.權(quán)利要求1所述的纖維素和電氣石納米晶體復(fù)合材料用作化工、食品、環(huán)保、醫(yī)用領(lǐng)域中的分離、蒸發(fā)滲透、離子交換、抗菌防臭，醫(yī)用材料及包裝材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種纖維素和電氣石納米晶體的復(fù)合膜或纖維材料及其制備方法和用途。該材料的基本組成為纖維素和電氣石納米晶粒。該方法用NaOH/硫脲水溶液為溶劑溶解纖維素，然后與電氣石納米晶粒懸浮液按不同配比共混后進(jìn)行刮膜或噴絲，再在氯化鈣水溶液中凝固，并在鹽酸或硫酸水溶液中再生得到系列纖維素復(fù)合材料。該法可直接用電氣石納米晶粒與纖維素復(fù)合制備膜和絲。它們具有良好的力學(xué)性能和抗菌活性，且具有無(wú)毒、無(wú)害、安全性高及可生物降解性。這種膜或絲在醫(yī)藥、食品及環(huán)保等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景，而且生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單、方便、無(wú)污染。
文檔編號(hào)C08K3/14GK1483756SQ0312521
公開(kāi)日2004年3月24日 申請(qǐng)日期2003年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月1日
發(fā)明者張俐娜, 阮東 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)