一種改性再生纖維素膜與制備方法及其用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及再生纖維素薄膜，尤其是涉及一種改性再生纖維素膜與制備方法及其用途。
【背景技術(shù)】
[0002]多年來，高吸水性材料由于其優(yōu)越的性能，已經(jīng)在衛(wèi)生、化妝品生產(chǎn)、廢水處理等各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，成為非常有價(jià)值的重要材料，但仍存在吸水速率、強(qiáng)度較低等不足，并且在拓寬合成渠道、改善環(huán)保性能、開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域等方面也尚待發(fā)展。纖維素是地球上最豐富而古老的天然高分子，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和一些特殊的性質(zhì)，逐漸成為人們研究的對象。纖維素來源廣泛，有降低成本、廢物資源化和成為環(huán)境友好材料的潛能，已成為新的高吸水性材料研究開發(fā)的熱點(diǎn)。然而，纖維素類吸水薄膜的吸水倍率普遍不高，并且機(jī)械強(qiáng)度也比較低，這就限制了吸水膜的應(yīng)用范圍及前景。另一方面，隨著聚丙烯酰胺的合成技術(shù)的成熟及推廣，聚丙烯酰胺的用途日益廣泛，并具有潛在的巨大的市場價(jià)值。聚丙烯酰胺由丙烯酰胺單體聚合而成，是一種水溶性線型高分子物質(zhì)，并且聚丙烯酰胺具有無毒、無腐蝕、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)勢。聚丙烯酰胺其結(jié)構(gòu)單元中含有酰胺基，易形成氫鍵，具有良好的水溶性，因此聚丙烯酰胺作為一種環(huán)保產(chǎn)品，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種水處理、造紙、礦山冶金等領(lǐng)域。尤其在水處理過程中，可以有效脫除水中的懸浮物、細(xì)菌、病毒等，并對重金屬離子有一定的吸附作用。因此利用聚丙烯酰胺對再生纖維素膜進(jìn)行改性，以提高纖維素膜的吸水性，同時(shí)還提高了再生纖維素膜的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性以及重復(fù)使用性。對新材料的需求日益增加的今天，利用低廉的聚丙烯酰胺及纖維素生產(chǎn)的高吸水性膜材料，不僅具有經(jīng)濟(jì)效益，而且節(jié)約資源并且開發(fā)利用儲量豐富的再生資源，極具社會意義。
[0003]再生纖維素膜是一種環(huán)境友好型材料，并且具有一定的吸水性能，但其吸水率低，無法滿足市場的需求。用聚丙烯酰胺與纖維素膜進(jìn)行接枝共聚，以及丙烯酰胺在纖維素薄膜中進(jìn)行自聚合，形成聚丙烯酰胺與纖維素的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(IPN結(jié)構(gòu))。通過以上方法改性的再生纖維素薄膜兼具聚丙烯酰胺與纖維素的優(yōu)良性能，吸水性在很大程度上得到了提高，并且實(shí)現(xiàn)了可重復(fù)利用性。用聚丙烯酰胺對纖維素進(jìn)行改性已有許多研究，主要集中于聚丙烯酰胺對纖維素衍生物的接枝。例如，F(xiàn).E.0kieimen (J.Appl.Polym.Sc1.89.913.2003)通過將聚丙烯酰胺與纖維素以及羧甲基纖維素進(jìn)行接枝共聚，闡述了接枝共聚的機(jī)理，并提高了接枝率，并且聚丙烯酰胺的加入明顯提高了接枝共聚物的特性粘度以及抗生物降解性，同時(shí)對其絮凝特性進(jìn)行了研究。F.Yang等人(CarbohydratePolymers.78，95，2009)利用氧化還原體系作為引發(fā)劑，合成了聚丙烯酰胺和羧甲基纖維素的接枝共聚物，并通過實(shí)驗(yàn)研究得出了接枝反應(yīng)的最優(yōu)條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明聚丙烯酰胺與羧甲基纖維素的接枝共聚物的抗鹽性和耐熱性都明顯提高。然而，總的來說，目前聚丙烯酰胺對纖維素及纖維素的衍生物的接枝多局限于機(jī)理研究方面，在其應(yīng)用方面的報(bào)到尚缺，并且目前沒有聚丙烯酰胺直接對再生纖維素膜的接枝方面的研究，以及利用丙烯酰胺在纖維素膜中的自聚合形成IPN結(jié)構(gòu)同樣尚未有研究者進(jìn)行報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供兩種不僅吸水性能強(qiáng)、力學(xué)性能優(yōu)異、耐熱性優(yōu)良，而且具有可重復(fù)循環(huán)使用、生物相容性、可降解性、環(huán)境友好的一種改性再生纖維素膜。
[0005]本發(fā)明的第二目的在于提供方法簡單易行、工藝簡便、成本低的改性再生纖維素膜與制備方法。
[0006]本發(fā)明的第三目的在于提供改性再生纖維素膜的用途。
[0007]本發(fā)明所述改性再生纖維素膜按質(zhì)量百分比的組成為:纖維素為80%?99.9%,聚丙烯酰胺為0.1 %?20 %。
[0008]所述改性再生纖維素膜的厚度可為0.1?2000 μ m。
[0009]本發(fā)明所述改性再生纖維素膜的制備方法，包括以下步驟:
[0010]I)將纖維素溶解，得纖維素溶液；將纖維素溶液脫泡，在基板上流延形成溶液層，凝固后洗滌，得到再生纖維素凝膠膜；
[0011 ] 2)將再生纖維素凝膠膜浸泡在丙烯酰胺溶液中，加入引發(fā)劑，引發(fā)聚合形成聚丙烯酰胺與纖維素膜的接枝薄膜；
[0012]3)另取部分步驟I)得到的再生纖維素凝膠膜浸泡在丙烯酰胺溶液中，加入引發(fā)劑，引發(fā)聚合形成聚丙烯酰胺與再生纖維素凝膠膜的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(IPN結(jié)構(gòu))薄膜；
[0013]4)由步驟2)和3)制備的再生纖維素膜，經(jīng)洗滌干燥后即得改性再生纖維素膜。
[0014]在步驟I)中，所述纖維素在纖維素溶液中的質(zhì)量百分比濃度可為0.5%?10% ;所述溶液層的厚度可為0.1?10_，所述凝固的時(shí)間可為I?60min ;所述纖維素可選自棉短纖維、天然棉花、木漿等中的一種；所述洗滌可采用去離子水、甲醇、丙酮、N, N-二甲基甲酰胺等中兩種作為洗滌液。
[0015]在步驟2)中，所述丙烯酰胺在丙烯酰胺溶液中的質(zhì)量百分比可為1%?20% ;所述浸泡的時(shí)間可為I?60h ;所述丙烯酰胺溶液中的溶劑可為體積百分比1%?50%的醇水混合溶液，所述醇選自甲醇、乙醇、丙醇等中的一種，所述引發(fā)劑可為硝酸鈰銨。
[0016]在步驟3)中，所述丙烯酰胺在丙烯酰胺溶液中的質(zhì)量百分比可為1%?20% ;所述浸泡的時(shí)間可為I?60h，所述引發(fā)劑可選自過硫酸銨、過硫酸鉀、亞硫酸氫鈉等中的一種；所述洗滌可采用去離子水、甲醇、丙酮、N, N- 二甲基甲酰胺等中兩種作為洗滌液。
[0017]本發(fā)明所述改性再生纖維素膜可作為吸水干燥膜，在化妝品包裝、食品包裝、工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域中應(yīng)用。
[0018]與現(xiàn)有的方法相比，本發(fā)明所述改性再生纖維素膜，解決了純纖維素膜吸水能力低、力學(xué)性能差、可重復(fù)利用性差的缺點(diǎn)。并且，本發(fā)明直接對純纖維素膜進(jìn)行改性，省去了對纖維素進(jìn)行衍生化的復(fù)雜過程。同時(shí)，制備過程簡單易行，所用的原料也價(jià)廉易得，為儲量豐富的天然高分子和簡單的有機(jī)無機(jī)試劑，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)化創(chuàng)造了條件。本發(fā)明所提供的聚丙烯酰胺接枝纖維素和聚丙烯酰胺與纖維素互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)膜的制備方法簡便易行，所制備的IPN膜厚度可控，吸水性能以及力學(xué)強(qiáng)度高，可重復(fù)循環(huán)使用。并且，具有良好的生物相容性、生物降解性和環(huán)境保護(hù)性，用作在環(huán)境中的吸水和保水材料，尤其是于干燥環(huán)境中吸水和保水，如在面膜、食品包裝材料的制備等方面的應(yīng)用，以及用作分離膜材料的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0019]圖1為實(shí)施例1制備的兩種改性膜與純再生纖維素膜吸水率-時(shí)間曲線對照。在圖1中，橫坐標(biāo)為時(shí)間(min)，縱坐標(biāo)為吸水率。
[0020]圖2為實(shí)施例2制備的兩種改性膜與純再生纖維素膜應(yīng)力應(yīng)變曲線對照。在圖2中，橫坐標(biāo)為應(yīng)變)，縱坐標(biāo)為應(yīng)力(MPa)。
[0021]圖3為實(shí)施例3制備的兩種改性膜與聚丙烯酰胺及純再生纖維素膜熱重曲線對照。在圖3中橫坐標(biāo)為溫度(°C )，縱坐標(biāo)為熱失重)。
[0022]在圖1?3中，a是聚丙烯酰胺與纖維素的IPN結(jié)構(gòu)膜山是聚丙烯酰胺接枝再生纖維素膜是純纖維素膜。
[0023]圖4為實(shí)施例1制備的兩種改性膜及純再生纖維素膜的掃描電鏡對照圖。A、a分別為純纖維素膜的表面和截面形貌；B、b分別為聚丙烯酰胺接枝纖維素改性膜的表面和截面形貌；C、c分別為聚丙烯酰胺與纖維素的IPN膜的表面和截面形貌。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步的說明。
[0025]實(shí)施例1
[0026]將棉短纖維素溶解在7 % NaOH/12 %脲水溶液中配制成4.6 %的纖維素溶液，脫泡后在玻璃板上流延成0.6mm的溶液層，在空氣中預(yù)凝固30min，再平穩(wěn)浸入乙醇溶液中15min,再經(jīng)水徹底洗滌后得