一种增强型醋酸纤维素透明复合薄膜的制备方法
阅读说明：本技术 一种增强型醋酸纤维素透明复合薄膜的制备方法 (Preparation method of enhanced cellulose acetate transparent composite film ) 是由 袁正求 伍萍 陈雪梅 金灿 韩荣 陈柳 石顺存 周虎 于 2021-01-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种增强型醋酸纤维素透明复合薄膜的制备方法。本发明将醋酸纤维素粉、增塑剂,增透剂和溶剂在反应器中搅拌,再静置去泡,使醋酸纤维素粉末完全溶解在溶剂中,得到透明醋酸纤维素溶液；再将纳米金属氧化物或氢氧化物加入醋酸纤维素溶液中混合搅拌均匀,将所得的混合溶液涂布于模板上,在常温常压下通过干法转相技术成膜；将膜与模板剥离,即得到增强型醋酸纤维素透明复合薄膜产品。本发明制备的增强型生物质基透明复合薄膜,不仅推动了生物质资源高值化利用的研究进程,同时为解决传统的石油基塑料带来的“白色污染”等一系列环境问题开辟了新途径。(The invention discloses a preparation method of an enhanced cellulose acetate transparent composite film. Stirring cellulose acetate powder, a plasticizer, an anti-reflection agent and a solvent in a reactor, standing and defoaming to completely dissolve the cellulose acetate powder in the solvent to obtain a transparent cellulose acetate solution; adding the nano metal oxide or hydroxide into the cellulose acetate solution, mixing and stirring uniformly, coating the obtained mixed solution on a template, and forming a film at normal temperature and normal pressure by a dry phase inversion technology; and stripping the film from the template to obtain the enhanced cellulose acetate transparent composite film product. The enhanced biomass-based transparent composite film prepared by the invention not only promotes the research process of high-value utilization of biomass resources, but also opens up a new way for solving a series of environmental problems such as white pollution and the like caused by the traditional petroleum-based plastics.)
技术领域
本发明涉及透明复合薄膜的制备，特别涉及一种可生物降解的增强型醋酸纤维素透明复合薄膜的制备方法。
背景技术
化石基塑料具有轻巧方便、经久耐用的特点，成为了人类社会生活中不可或缺的一部分。随着人类社会的飞速发展，化石基塑料的用量也快速增长，然而仅有小部分塑料能够回收重复利用，大部分被丢弃在自然界中，或是通过焚烧处理，给自然生态和人类居住环境带来了极大的危害。为了更好地解决化石基塑料所带来的资源短缺和环境污染等一系列问题，人们开始寻求化石资源的替代品。生物质因资源丰富、来源广泛、可再生以及生物降解等特点，被认为是一种潜在的化石替代资源。纤维素类生物质是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，将其进行酸酐酯化处理可得到一种热塑性树脂-醋酸纤维素，醋酸纤维素是目前使用最广泛的一种制膜原料，具有成本低、性质稳定、强度优良、耐热性好、制备流程简单以及原料来源广泛等特点，因此被广泛应用于塑料、纺织、胶片、香烟滤嘴、包装和反渗透膜等材料研究领域。醋酸纤维素薄膜强度比化石基塑料薄膜较小，通过添加带有羟基的纳米粒子可增强醋酸纤维素分子链间的作用力，可以增加醋酸纤维素薄膜的强度而不影响其透明度。因此，针对石油基高分子材料难以降解的缺点以及现有醋酸纤维素成膜工艺的局限性，本发明以醋酸纤维素为原料，通过与纳米金属(氢)氧化物复合制备出一种工艺简约、环境友好、性能优异、强度优良的增强型醋酸纤维素透明复合薄膜。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，更好地解决能源短缺和环境污染等一系列问题，本发明提供一种工艺简约、环境友好、性能优异的增强型醋酸纤维素透明复合薄膜的制备方法。
本发明的目的在于提供一种增强型醋酸纤维素透明复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将10-20重量份的醋酸纤维素粉末、50-120重量份的溶剂在反应器中密闭环境下搅拌至形成透明醋酸纤维素溶液，之后加入1-3重量份的增塑剂、4-8重量份的增透剂搅拌均匀；
(2)在步骤(1)所得溶液中，加入0.5-4.5重量份的纳米金属氧化物或金属氢氧化物颗粒，搅拌均匀，得到醋酸纤维素混合溶液，并静置消泡；
(3)将步骤(2)所得醋酸纤维素混合溶液采用延流法涂布于模板上，利用干法转相技术成膜；
(4)将膜与模板剥离，再根据需求将膜制品剪裁成合适尺寸，即得到增强型醋酸纤维素透明复合薄膜。
进一步地，步骤(1)中，所述溶剂为四氢呋喃和丙酮中的至少一种。
进一步地，步骤(1)中，所述增塑剂为甘油，乙二醇中的至少一种。
进一步地，步骤(1)中，所述增透剂为乙醇、丙醇、丁醇，戊醇中的至少一种。
进一步地，步骤(2)中，所述纳米金属氧化物或氢氧化物为氧化硅，氧化铝，氢氧化铝中的至少一种，粒径为5-100nm。
进一步地，步骤(3)中，溶液涂布的厚度为100微米-500微米
进一步地，步骤(3)中，干法转相条件为空气气氛或氮气气氛，空气相对湿度小于60％。
进一步地，步骤(3)中，通过调节涂布于模板上的醋酸纤维素混合溶液厚度控制薄膜的总厚度为在20微米-80微米。
本发明所得的增强型醋酸纤维素复合薄膜产品，外观为无色透明，透光率大于90.0％，雾度在0.5-2.0％，抗拉强度80-140MPa，伸长率在5.0-15.0％。
本发明相对现有石油基包装薄膜制备技术具有如下的优点和效果：
(1)本发明所用的原料为醋酸纤维素粉，醋酸纤维素粉由可再生纤维素衍生制备所得，原料来源广泛、成本低廉；
(2)本发明适宜量的增塑剂和增透剂的使用，不仅能够增加所制备薄膜的柔韧性，而且不影响其透明度，从而保证了所得膜的强度、柔韧性和透明度。
(3)本发明所加填料为羟基化纳米金属氧化物或氢氧化物，可与醋酸纤维素链上未被取代的羟基形成氢键，从而加强了醋酸纤维素链间的相互作用力，达到提升醋酸纤维素薄膜强度的目的；此外由于金属氧化物或氢氧化物为纳米级，能使光有效衍射，而不影响膜透光率。
总之，本发明制备的增强型生物质基透明复合薄膜，不仅推动了生物质资源高值化利用的研究进程，同时为解决传统的石油基塑料带来的“白色污染”等一系列环境问题开辟了新途径。
附图说明
图1为实施例1所得产品的外观照片(左)及电镜扫描图(右)。
图2为实施例2所得产品的外观照片(左)及电镜扫描图(右)。
图3为实施例3所得产品的外观照片(左)及电镜扫描图(右)。
图4为实施例4所得产品的外观照片(左)及电镜扫描图(右)。
图5为实施例5所得产品的外观照片(左)及电镜扫描图(右)。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
将10重量份醋酸纤维素粉与50重量份的四氢呋喃溶剂置于密封反应器中，常温常压下搅拌3小时后，使醋酸纤维素粉完全溶解在四氢呋喃中；之后加入1重量份甘油与4重量份乙醇搅拌，得到透明溶液；将0.5重量份纳米氧化铝缓慢加入边搅拌的透明溶液中，混合均匀后，静置2小时消泡。将所得的混合溶液采用延流法涂布于模板上，在常温常压、相对湿度小于60％的环境下，空气气氛下通过干法转相成膜；将膜与模板剥离，通过调节涂布于模上的醋酸纤维素溶液厚度来控制膜的总厚度为0.06mm；再根据需求将膜制品剪裁成合适尺寸，即得到醋酸纤维素透明薄膜产品。
实施例2
将20重量份醋酸纤维素粉与120重量份的四氢呋喃溶剂置于密封反应器中，常温常压下搅拌3小时后，使醋酸纤维素粉完全溶解在四氢呋喃中；之后加入2重量份乙二醇与6重量份丙醇搅拌，得到透明溶液；将2.0重量份纳米氧化铝缓慢加入边搅拌的透明溶液中，混合均匀后，静置2小时消泡。将所得的混合溶液采用延流法涂布于模板上，在常温常压、相对湿度小于60％的环境下，空气气氛下通过干法转相成膜；将膜与模板剥离，通过调节涂布于模上的醋酸纤维素溶液厚度来控制膜的总厚度为0.06mm；再根据需求将膜制品剪裁成合适尺寸，即得到醋酸纤维素透明薄膜产品。
实施例3
将10重量份醋酸纤维素粉与50重量份的丙酮溶剂置于密封反应器中，常温常压下搅拌3小时后，使醋酸纤维素粉完全溶解在丙酮中；之后加入1重量份甘油与4重量份丁醇搅拌，得到透明溶液；将1.5重量份纳米氢氧化铝缓慢加入边搅拌的透明溶液中，混合均匀后，静置2小时消泡。将所得的混合溶液采用延流法涂布于模板上，在常温常压、相对湿度小于60％的环境下，空气气氛下通过干法转相成膜；将膜与模板剥离，通过调节涂布于模上的醋酸纤维素溶液厚度来控制膜的总厚度为0.04mm；再根据需求将膜制品剪裁成合适尺寸，即得到醋酸纤维素透明薄膜产品。
实施例4
将10重量份醋酸纤维素粉与80重量份的四氢呋喃溶剂置于密封反应器中，常温常压下搅拌3小时后，使醋酸纤维素粉完全溶解在四氢呋喃中；之后加入1重量份甘油与6重量份戊醇搅拌，得到透明溶液；将3.0重量份纳米氧化铝缓慢加入边搅拌的透明溶液中，混合均匀后，静置2小时消泡。将所得的混合溶液采用延流法涂布于模板上，在常温常压、相对湿度小于60％的环境下，空气气氛下通过干法转相成膜；将膜与模板剥离，通过调节涂布于模上的醋酸纤维素溶液厚度来控制膜的总厚度为0.04mm；再根据需求将膜制品剪裁成合适尺寸，即得到醋酸纤维素透明薄膜产品。
实施例5
将20重量份醋酸纤维素粉与160重量份的四氢呋喃溶剂置于密封反应器中，常温常压下搅拌3小时后，使醋酸纤维素粉完全溶解在四氢呋喃中；之后加入3重量份甘油与8重量份丙醇搅拌，得到透明溶液；将4.5重量份纳米氧化硅缓慢加入边搅拌的透明溶液中，混合均匀后，静置2小时消泡。将所得的混合溶液采用延流法涂布于模板上，在常温常压、相对湿度小于60％的环境下，空气气氛下通过干法转相成膜；将膜与模板剥离，通过调节涂布于模上的醋酸纤维素溶液厚度来控制膜的总厚度为0.02mm；再根据需求将膜制品剪裁成合适尺寸，即得到醋酸纤维素透明薄膜产品。
对实施例1-5制备的薄膜进行电镜扫描和性能测试，电镜扫描采用的仪器型号为Zeiss Sigma 300，测试方法如下：
拉伸强度和断裂伸长率的测定：
根据GB/T13022-1991，用刀具将薄膜切成哑铃型长条，用游标卡尺测定薄膜的宽度和厚度，抗张试验机以300mm/min的速度拉伸薄膜，记录下薄膜断裂时的拉伸强度和断裂伸长率，测试结果见表1。
透明度和雾度的测定：
根据GB/T2410-2008，在650nm波长处，用721分光光度计测量其透光率和雾度，测试结果见表1。
表1：
案例
拉伸强度(MPa)
断裂伸长率(％)
透光率(％)
雾度(％)
实施例1
131.16
14.8
90.2
1.85
实施例2
134.83
14.3
90.2
1.86
实施例3
109.30
13.6
90.4
1.31
实施例4
104.02
12.5
90.4
1.23
实施例5
81.27
6.9
91.1
0.58
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