本發(fā)明涉及疏水薄膜的制造領(lǐng)域，具體涉及一種超疏水纖維素薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、纖維素是地球上最豐富的生物聚合物，近年來因其可用性、生物相容性、環(huán)境友好性、無毒性和可生物降解性而備受關(guān)注。纖維素是以β（1→4）糖苷鍵連接的線性葡萄糖分子組成，每個(gè)葡萄糖單元具有三個(gè)活性羥基。然而，纖維素表面的羥基很容易與水分子建立氫鍵，從而顯著增加其親水性。例如，未經(jīng)改性處理的再生纖維素薄膜的水接觸角僅為41.3°。這一固有特性限制了其在需要疏水或超疏水特性的應(yīng)用中的潛力。

2、為解決這一限制，人們?cè)诜肿咏Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面做出了巨大努力，旨在從分子層面對(duì)纖維素進(jìn)行改性，以增強(qiáng)其疏水性，同時(shí)保留其有益特性。因此，人們研究了各種策略來改善纖維素的疏水特性，包括物理表面處理、等離子處理和化學(xué)衍生化等?？傊?，通過不同方法制備超疏水纖維素薄膜的進(jìn)展凸顯了其在食品包裝等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用潛力。盡管如此，進(jìn)一步的研究對(duì)于探索新技術(shù)和增強(qiáng)這些薄膜的性能以擴(kuò)大纖維素基產(chǎn)品的應(yīng)用仍然至關(guān)重要。

3、纖維素溶解再生成膜是制備纖維素薄膜的有效方法。纖維素經(jīng)溶解得到纖維素溶液，再將纖維素溶液加入到再生溶劑中沉淀的溶解-再生過程得到再生纖維素。再生過程將纖維素鏈構(gòu)象從纖維素i改變?yōu)槔w維素ii，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)具有更多的無定形區(qū)域，結(jié)晶度降低，化學(xué)反應(yīng)性增加，并傾向于對(duì)再生纖維素產(chǎn)物進(jìn)行廣泛的修飾，如水凝膠、氣凝膠、冷凍凝膠、干凝膠、纖維和薄膜。纖維素經(jīng)離子液體溶解后得到纖維素溶液具有粘性流體的特性。因此，在纖維素再生的過程中，通過刮刀涂布的方式是制備纖維素薄膜的有效方法，并且可以通過控制溶液的厚度來制備不同厚度的薄膜。

4、超疏水是水接觸角大于150°、滾動(dòng)角小于10°的現(xiàn)象，因其優(yōu)異的斥水性在自清潔、油水分離等領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注。超疏水表面主要依賴于微納米粗糙表面和低表面能。因此，用少量具有低表面能的有機(jī)物進(jìn)行表面接枝是形成超疏水表面的一種高效便捷的方法。此外，有機(jī)硅化合物可以提高纖維素的表面粗糙度。并且，有機(jī)硅化合物具有許多良好的特性，包括環(huán)保、無毒、抗氧化、耐高溫和耐腐蝕。長(zhǎng)鏈烷烴可以提供低表面能。因此，在纖維素再生的過程中，纖維素的羥基與硅烷化合物的水解產(chǎn)物進(jìn)行縮聚從而實(shí)現(xiàn)纖維素的硅烷化，而纖維素的疏水性是通過硅烷化合物的接枝來實(shí)現(xiàn)粗糙表面和低表面能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超疏水纖維素薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

2、本發(fā)明的第一目的是提供一種超疏水纖維素薄膜的制備方法，包括以下步驟：

3、（1）將微晶纖維素粉末加入到離子液體共溶劑體系中，制得具有粘性流體性質(zhì)的均相纖維素溶液；

4、（2）將步驟（1）所得纖維素溶液倒在基板上，采用刮刀涂布法控制纖維素溶液的厚度；

5、（3）將步驟（2）纖維素溶液在再生溶液中進(jìn)行硅烷化反應(yīng)，制得纖維素薄膜；

6、（4）將步驟（3）纖維素薄膜經(jīng)溶劑洗滌并干燥，制得超疏水纖維素薄膜。

7、本發(fā)明的第二目的是提供一種超疏水纖維素薄膜，采用上述制備方法制備得到。

8、本發(fā)明的第三目的是提供一種超疏水纖維素薄膜在制備食品包裝產(chǎn)品中的應(yīng)用。

9、本發(fā)明的有益效果是：

10、（1）本發(fā)明采用先對(duì)纖維素溶解，通過在再生過程中對(duì)纖維素改性的方式來制備超疏水纖維素薄膜。

11、（2）本發(fā)明采用刮刀涂布法制備薄膜，通過刮刀涂布法可以大面積制備不同厚度的薄膜，具有操作簡(jiǎn)單、易于工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)。

12、（3）本發(fā)明中制備的超疏水纖維素薄膜是纖維素與長(zhǎng)鏈硅氧烷網(wǎng)絡(luò)之間通過化學(xué)鍵的方式進(jìn)行鏈接。

13、（4）本發(fā)明可通過調(diào)控長(zhǎng)鏈硅烷化合物的質(zhì)量比來調(diào)控纖維素薄膜的疏水程度。

技術(shù)特征：

1.一種超疏水纖維素薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述微晶纖維素在離子液體共溶劑體系中的溶解溫度為80?℃，反應(yīng)時(shí)間為1?h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中纖維素溶液通過刮刀涂布的厚度為1000?μm，面積為10?cm×8?cm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（3）中再生溶液為無水乙醇溶液、正硅酸四乙酯、十六烷基三甲氧基硅烷和氨水的混合溶液，質(zhì)量比為20：0.25：（0.7～1）：2；硅烷化反應(yīng)溫度為25?℃，反應(yīng)時(shí)間為12?h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（4）中溶劑為無水乙醇溶液，通過浸泡洗滌若干次后，在室溫下自然干燥得到超疏水纖維素薄膜。

6.一種超疏水纖維素薄膜，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超疏水纖維素薄膜，其特征在于，超疏水纖維素薄膜的水接觸角為121.7～151.8°。

8.如權(quán)利要求6或7中所述的超疏水纖維素薄膜在制備食品包裝產(chǎn)品中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及疏水薄膜的制造領(lǐng)域，具體涉及一種超疏水纖維素薄膜及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明先將正硅酸四乙酯、十六烷基三甲氧基硅烷、氨水分散在乙醇溶液中配置一種纖維素再生溶液，在纖維素再生成膜的過程中通過正硅酸四乙酯和十六烷基三甲氧基硅烷的水解和縮聚對(duì)纖維素進(jìn)行硅烷化改性。所制備的超疏水纖維素薄膜的水接觸角為121.7～151.8°。本發(fā)明具有操作過程簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，所用纖維素溶劑、硅烷改性劑、再生溶劑都具有綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，制備的纖維素薄膜可用于包裝材料，以解決目前纖維素基產(chǎn)品固有的親水性等問題。

技術(shù)研發(fā)人員：唐艷軍,董鑫華,陳天影,李飛云
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21