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(lái)因其可用性、生物相容性、環(huán)境友好性、無(wú)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(lái)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ㄟ^(guò)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(guò)程得到再生纖維素。再生過(guò)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(wú)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(guò)程中，通過(guò)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(guò)控制溶液的厚度來(lái)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(wú)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(guò)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(guò)硅烷化合物的接枝來(lái)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(guò)在再生過(guò)程中對(duì)纖維素改性的方式來(lái)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(guò)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(guò)化學(xué)鍵的方式進(jìn)行鏈接。

13、（4）本發(fā)明可通過(guò)調(diào)控長(zhǎng)鏈硅烷化合物的質(zhì)量比來(lái)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(guò)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(wú)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(wú)水乙醇溶液，通過(guò)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(guò)程中通過(guò)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(guò)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(wèn)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