CN109134942B - 一种透明纳米纤维素抗菌纸及其制备方法 - Google Patents

一种透明纳米纤维素抗菌纸及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种透明纳米纤维素抗菌纸，包括如下组分：海藻酸钠、甘油以及纳米纤维素，本发明还公开了该透明纳米纤维素抗菌纸的制备方法，将海藻酸钠、纳米纤维素和甘油按配比加入一定量去离子水中，搅拌、超声分散后进行真空抽滤，得到透明纳米纤维素抗菌纸。本发明制备的透明纳米纤维素抗菌纸材料环保，符合可持续发展理念，机械强度较高，并且抗菌性能优良，透明性能好，具有较好的发展前景与较高的商业价值。

Description

一种透明纳米纤维素抗菌纸及其制备方法
技术领域
本发明属于天然高分子材料技术领域，具体涉及一种透明纳米纤维素抗菌纸及其制备方法。
背景技术
纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，在植物界总体碳含量占比大于50％。而纳米纤维素由于具备强于钢三倍的杨氏模量，所以纳米纤维素常用于与其他材料复合，以增强其性能指标。
纳米纤维素纸一般是基于天然NFC(纳米纤化纤维素)或者NCC(纳米微晶纤维素)，通过与传统造纸相类似的制备工艺制得，它可以作为生物复合材料中轻质增强部分或者片状材料使用。和传统的纸张相比，干燥后的NCF或者NCC相互交织，通过纤维表面的羟基形成大量氢键，为其较高的力学强度提供了物理基础。基于这种方法制备的纳米纸显示出了独特的性质以及显著的物理特性，如透明、低密度、高力学强度、独特的结构、高比表面积以及有助于化学改性和功能化的反应界面等等，有望应用于医疗、电子以及包装等领域。
然而，纯纤维素膜存在诸多不足之处，比如抗水性能差、力学强度不高等。海藻酸钠是从褐藻或细菌中提取出的一种天然多糖物质，具有较强的抑菌性。海藻酸钠分子中含有大量的(—COONa)和(—OH)类活性基团，而活性基团会与细菌细胞膜上的类脂、蛋白质复合物发生反应，使蛋白质变性，进而改变细胞膜的通透性，破坏细胞壁的完整性，干扰细菌正常的新陈代谢，最终导致细菌死亡。因此可以在纳米纤维素纸中加入海藻酸钠以提高纤维素纸的机械性能和其抗菌性能，拓展纳米纤维素在医疗、包装等方面的应用价值。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种透明纳米纤维素抗菌纸及其制备方法，以解决目前市面上大部分抗菌纸机械性能、抗菌性能比较一般的问题，同时提高纳米纤维素纸的强度与耐折度。
为了解决上述的问题，本发明提供了一种透明纳米纤维素抗菌纸，以质量配比计，包含以下组分：
海藻酸钠：0.5～40％；
甘油：0～10％；
纳米纤维素：50～99.5％。
一种制备上述透明纳米纤维素抗菌纸的方法，包含以下步骤：
(1)预处理：
将纳米纤维素进行粉碎，粉碎后进行真空干燥，取出备用。
(2)混合搅拌：
按照配比在容器中分别加入纳米纤维素、海藻酸钠与甘油，并加入去离子水，充分搅拌后得到纳米纤维素悬浮液，然后将悬浮液进行超声分散2h。
(3)抽滤分离
将超声分散后的液体进行真空抽滤，直至凝胶水分完全蒸发，收集滤饼，将其与滤膜分离，即得到透明纳米纤维素抗菌纸。
作为优选的方案，所述步骤(1)中，纳米纤维素的粉碎时间为1.5min，放入60℃真空干燥箱干燥12h。
作为优选的方案，所述步骤(2)中，充分搅拌的时间为45min。
作为优选的方案，所述步骤(3)中，滤膜为聚四氟乙烯滤膜，滤膜的孔径为0.1um。
作为优选的方案，所述步骤(3)中，抽滤的时间为16小时。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
1)、本发明制备的透明纳米纤维素抗菌纸所需原材料纤维素普遍存在于树木等植物之中，属于可再生资源。所制得的透明纳米纤维素抗菌纸属于可生物降解材料，符合可持续发展理念。
2)、本发明将海藻酸钠和甘油添加到纳米纤维素中，不仅提升了纳米纤维素纸的抗菌性能，同时提升了纳米纤维素纸的机械强度。
3)、本发明所制得的透明纳米纤维素抗菌纸具有较好的抗菌性能，在医疗、电子及包装等领域发展前景广阔。
附图说明
图1是本发明实施例3的抑菌圈效果图；
图2是本发明制得的透明纳米纤维素抗菌纸。
具体实施方案
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
(1)预处理：
将纳米纤维素(NCC)放入高速粉碎机中，粉碎1.5min后放入60℃真空干燥箱干燥12h，取出备用。
(2)制备透明纳米纤维素抗菌纸：
在容器中分别加入1.60g纳米纤维素、0.40g海藻酸钠和400mL去离子水，搅拌45min，得到纳米纤维素悬浮液，然后将悬浮液超声分散2h，通过孔径为0.1μm的聚四氟乙烯滤膜(孔径为0.1μm、直径为150mm)的布氏漏斗中，真空抽滤16h，直至凝胶中的水分完全蒸发挥发，将滤膜与纳米纤维素纸分离，得到透明纳米纤维素抗菌纸。
实施例2
(1)预处理：
将纳米纤维素(NCC)放入高速粉碎机中，粉碎1.5min后放入60℃真空干燥箱干燥12h，取出备用。
(2)制备透明纳米纤维素抗菌纸：
在容器中分别加入1.60g纳米纤维素、0.40g海藻酸钠、1mL甘油和400mL去离子水，搅拌45min，得到纳米纤维素悬浮液，然后将悬浮液超声分散2h，通过孔径为0.1μm的聚四氟乙烯滤膜，抽滤至凝胶中的水分完全挥发，将滤膜与纳米纤维素纸分离，得到透明纳米纤维素抗菌纸。
实施例3
(1)预处理：
将纳米纤维素(NCC)放入高速粉碎机中，粉碎1.5min后放入60℃真空干燥箱干燥12h，取出备用。
(2)制备透明纳米纤维素抗菌纸：
在容器中分别加入1.60g纳米纤维素、0.40g海藻酸钠、2mL甘油和400mL去离子水，搅拌45min，得到纳米纤维素悬浮液，然后将悬浮液超声分散2h，通过孔径为0.1μm的聚四氟乙烯滤膜，抽滤至凝胶中的水分完全挥发，将滤膜与纳米纤维素纸分离，得到透明纳米纤维素抗菌纸。
实施例4
(1)预处理：
将纳米纤维素(NCC)放入高速粉碎机中，粉碎1.5min后放入60℃真空干燥箱干燥12h，取出备用。
(2)制备透明纳米纤维素抗菌纸：
在容器中分别加入1.60g纳米纤维素、0.40g海藻酸钠、3mL甘油和400mL去离子水，搅拌45min，得到纳米纤维素悬浮液，然后将悬浮液超声分散2h，通过孔径为0.1μm的聚四氟乙烯滤膜，抽滤至凝胶中的水分完全挥发，将滤膜与纳米纤维素纸分离，得到透明纳米纤维素抗菌纸。
实施例5
(1)预处理：
将纳米纤维素(NCC)放入高速粉碎机中，粉碎1.5min后放入60℃真空干燥箱干燥12h，取出备用。
(2)制备透明纳米纤维素抗菌膜纸：
在容器中分别加入1.60g纳米纤维素、0.40g海藻酸钠、4mL甘油和400mL去离子水，搅拌45min，得到纳米纤维素悬浮液，然后将悬浮液超声分散2h，通过孔径为0.1μm的聚四氟乙烯滤膜，抽滤至凝胶中的水分完全挥发，将滤膜与纳米纤维素纸分离，得到透明纳米纤维素抗菌纸。
对比例1
(1)预处理：
将纳米纤维素(NCC)放入高速粉碎机中，粉碎1.5min后放入60℃真空干燥箱干燥12h，取出备用。
(2)制备纯纳米纤维素纸：
在容器中分别加入1.60g纳米纤维素和400mL去离子水，搅拌45min，得到纳米纤维素悬浮液，然后将悬浮液超声分散2h，通过孔径为0.1μm的聚四氟乙烯滤膜，抽滤至凝胶中的水分完全挥发，将滤膜与纳米纤维素纸分离，得到纳米纤维素抗菌纸。
上述不同实例制备的纳米纤维素抗菌纸的机械性能如下表1所示。
表1不同实例制备的纳米纤维素抗菌纸的机械性能
Figure BDA0001731635750000041
Figure BDA0001731635750000051
上述实施从上表1可以看出，加入海藻酸钠和甘油后，纳米纤维素抗菌纸的冲击损失能量(J)和耐折度有所增加，且随着甘油质量分数的增大，冲击损失能量(J)和耐折度都呈现先上升后下降的趋势，甘油、纳米纤维素纤晶和海藻酸钠三者组成了较优的骨架结构，纳米纸强度提高。并且，海藻酸钠对于纳米纤维素纤晶分子具有粘连作用，可以增加纯纳米纤维素纸的耐折度。
并且如图1所示，图1为本发明实施例3的抑菌圈试验效果图，本发明生产的透明纳米纤维素抗菌纸在实验中在大肠杆菌抑菌圈实验中，也取得了不错的效果，证明了本发明透明纳米纤维素抗菌纸具有较好的抗菌、抑菌性能。
图2是本发明制得的透明纳米纤维素抗菌纸，从图中可以看出，通过本发明生产的透明纳米纤维素抗菌纸透明性较高，透光率也较好，相较于市面上的产品，本发明的抗菌、抑菌性能优良，同时有着更高的耐折度与强度。
以上所述，仅为本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的核心技术的前提下，还可以做出改进和润饰，这些改进和润饰也应属于本发明的专利保护范围。与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (5)

1.一种透明纳米纤维素抗菌纸的制备方法，其特征在于，以质量配比计，包含以下组分：
海藻酸钠：0.5～40％；
甘油：0～10％；
纳米纤维素：50～99.5％；
所述的制备方法包含以下步骤：
(1)预处理：
将纳米纤维素进行粉碎，粉碎后进行真空干燥，取出备用；
(2)混合搅拌：
按照配比在容器中分别加入纳米纤维素、海藻酸钠与甘油，并加入去离子水，搅拌后得到纳米纤维素悬浮液，然后将悬浮液进行超声分散2h；
(3)抽滤分离
将超声分散后的液体进行抽滤，直至凝胶水分完全挥发，收集滤饼，将其与滤膜分离，即得到纯纳米纤维素抗菌纸。
2.根据权利要求1所述的一种制备透明纳米纤维素抗菌纸的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，粉碎的时间为1.5min，真空干燥的温度为60℃，干燥时间为12小时。
3.根据权利要求1所述的一种制备透明纳米纤维素抗菌纸的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，搅拌的时间为45min。
4.根据权利要求1所述的一种制备透明纳米纤维素抗菌纸的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，滤膜为聚四氟乙烯滤膜，滤膜的孔径为0.1μm。
5.根据权利要求1所述的一种制备透明纳米纤维素抗菌纸的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，抽滤的时间为16小时。
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