CN111116994A - 一种纳米纤维素柔性虹彩膜及其制备方法与应用 - Google Patents

一种纳米纤维素柔性虹彩膜及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN111116994A
CN111116994A CN201911283050.4A CN201911283050A CN111116994A CN 111116994 A CN111116994 A CN 111116994A CN 201911283050 A CN201911283050 A CN 201911283050A CN 111116994 A CN111116994 A CN 111116994A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
cellulose
cnc
cnf
cods
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911283050.4A
Other languages
English (en)
Inventor
程峥
陈克复
曾劲松
王斌
徐峻
高文花
胡复港
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201911283050.4A priority Critical patent/CN111116994A/zh
Publication of CN111116994A publication Critical patent/CN111116994A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B15/00—Preparation of other cellulose derivatives or modified cellulose, e.g. complexes
    • C08B15/02—Oxycellulose; Hydrocellulose; Cellulosehydrate, e.g. microcrystalline cellulose
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C5/00—Other processes for obtaining cellulose, e.g. cooking cotton linters ; Processes characterised by the choice of cellulose-containing starting materials
    • D21C5/005—Treatment of cellulose-containing material with microorganisms or enzymes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2301/00—Characterised by the use of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
    • C08J2301/02—Cellulose; Modified cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2401/00—Characterised by the use of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
    • C08J2401/02—Cellulose; Modified cellulose
    • C08J2401/04—Oxycellulose; Hydrocellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

本发明公开一种纳米纤维素柔性虹彩膜及其制备方法与应用，属于功能膜材料的制备领域。该方法包括以下步骤：马尾松浆料的酶解预处理；CNF的制备；CNC的制备；CODs的制备；复合成膜。本发明成膜的制备工艺条件简单可控，易操作。CNF、CNC、CODs均来自于同一初始原料(马尾松浆料)，实现了柔性膜的一体式制备，且三种纤维素纳米材料制备过程均简单易操作，添加的都是温和友好的试剂，无需额外的化学试剂，绿色低能耗，符合可持续发展的理念。因此，利用CNF、CNC、CODs共混的策略来改善彩色膜的机械性能和光学性能。得到的纳米纤维素柔性虹彩膜性能优越，可作为手性膜材料应用于安全防伪和信息加密领域。

Description

一种纳米纤维素柔性虹彩膜及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于功能膜材料的制备领域，具体涉及一种纳米纤维素柔性虹彩膜及其制备方法与应用。
背景技术
纤维素是地球上最丰富的天然高分子，具有良好的生物相容性，可再生性和生物可降解性。因此由纤维原料制备纳米材料是科学界对环境问题和能源危机做出的最好解答。目前凭借其优异的低毒、机械和光学性能等，纳米纤维素材料已引起了广泛关注和研究，主要涉及纤维素纳米晶体(CNC)和纤维素纳米纤丝(CNF)材料。一般认为，CNC是指宽度为2～30nm，长度为50～500nm之间的一类材料，常常通过化学法制备得到；而CNF则具有不大于100nm的宽度且长度超过500nm，多为微射流均质化处理得到。然而现阶段CNF和CNC的制备存在诸多弊端，如有毒腐蚀性化学品的使用、高能耗、高成本等。
手性作为物体与其镜像不对称的结构性质，在自然界中普遍存在，是一个重要的研究领域，吸引了研究工作者们浓厚的兴趣。手性材料作为一种功能型材料，具有特殊的光学性能和潜在的应用价值，已经引起了各国科学工作者的广泛兴趣与重视。目前，纤维素基手性材料因为来源丰富、合成工艺简单、光学性能特殊﹑易于改性调控等成为手性材料研究的热点。
CNC液晶相具有自组装的行为，通过自组装方法得到的晶体彩色膜具有胆甾型液晶结构，但纯CNC得到的彩色膜强度低而限制了其光学应用价值。现阶段基于CNC膜结构色的调控和应用备受关注。近些年来不断有研究工作者在CNC自组装过程中添加水溶性小分子物质如聚乙烯醇、聚乙二醇、甘油等。但是这些制备过程仍然存在制备过程繁琐、不够环保、光学性能差等突出问题。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种纳米纤维素柔性虹彩膜的制备方法。
本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法制备得到的纳米纤维素液柔性虹彩膜。
本发明的再一目的在于提供上述纳米纤维素柔性虹彩膜的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种纳米纤维素柔性虹彩膜的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)马尾松浆料的酶解预处理：向马尾松浆料中加入一定量的纤维素内切酶，进行酶解反应；
(2)CNF的制备：将步骤(1)酶解后的浆料进行机械研磨和高压均质处理得到尺寸均匀的CNF；
(3)CNC的制备：将步骤(1)酶解后的浆料进行酸水解；经透析、旋蒸浓缩及超声处理得到CNC微晶悬浮液；
(4)碳量子点(CODs)的制备：将马尾松浆料先进行疏解，再进行水热反应，然后经离心分离，得到碳量子点；
(5)复合成膜：将步骤(2)、(3)、(4)中得到的CNF、CNC和CODs按照一定的质量比配置成悬浮液，然后通过浇铸的方式倒入培养皿中，干燥得到纳米纤维素柔性虹彩膜。
步骤(1)中所述的纤维素内切酶的加入量为10～15mg/g浆料。
步骤(1)中所述的酶解反应的条件为：pH为4.0～4.5，反应温度为60～65℃，反应时间为50～100min。
步骤(2)中所述的机械研磨指的是用超微粒植物研磨机进行研磨处理，研磨速度1600～2400rpm，研磨时间5～20min。
步骤(2)中所述的高压均质处理的条件为：均质压力120～180MPa，均质时间：5～10min。
步骤(3)中所述的酸为对甲基苯磺酸，浓度为50％～60％，酸水解时间为40～60min，水解温度为50～60℃。
步骤(3)中所述的超声处理的条件为：超声时间5～10min，功率为100～200W，温度控制在25～30℃。
步骤(4)中所述的疏解采用疏解机进行疏解。
步骤(4)中所述的水热反应的条件是：温度为230～260℃，压力为8.5～10.5MPa，反应时间为21～24h，溶剂为蒸馏水。
步骤(4)中所述的离心分离的条件为：室温下，速度为25000～30000rpm，处理时间为20～30min，去除下层沉淀物，收集上层液体。
步骤(5)中所述的CNF、CNC和CODs的质量比为2～3：1～2：0.1～0.3。
步骤(5)所述的干燥为自然干燥，干燥温度为32～40℃，干燥时间为60～72h。
一种纳米纤维素柔性虹彩膜，通过上述制备方法制备得到。
所述的纳米纤维素及柔性虹彩膜的性能指标：CNF的纤维长度：200～430nm、直径：56～82nm；CNC的长度：30～92nm、直径：19～38nm；CODs的粒径0.5～3nm；膜的抗张指数：50～75N·m/g；膜中螺旋节距：340～426nm。
所述的纳米纤维素柔性虹彩膜在安全防伪和信息加密领域中的应用。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明利用酶(纤维素内切酶)对马尾松浆料进行高效预处理，将纤维进行初步的分散解离，这是一种绿色的预处理手段，为后续的机械法进一步分离降低了能耗。通过控制超微粒植物研磨机的研磨速度和研磨时间来实现纳米纤维素的逐级分离和连续性制备，得到CNF。操作简单，该稳定高效的绿色制备方法对纳米纤维素的产业化生产具有重要的现实意义。
(2)本发明采用有机酸(对甲基苯磺酸)进行马尾松浆料的酸水解处理制备CNC，有机酸具有可回收利用的优势，不仅能节约生产成本，还可避免产生废酸，该过程绿色环保。
(3)本发明采用对马尾松浆料作为原料，蒸馏水作为绿色溶剂，水热条件来制备CODs。反应体系没有使用有毒有害的化学品，绿色安全，操作简单，可实现CODs的绿色宏量制备。
(4)本发明成膜的制备工艺条件简单可控，易操作。CNF作为一种柔性纳米纤维素，具有高长径比，与CNC混合制膜可明显提高复合膜的柔性。CODs是一种半导体材料，具有优良的荧光性能。此外，CNF、CNC、CODs均来自于同一初始原料(马尾松浆料)，实现了柔性膜的一体式制备，且三种纤维素纳米材料制备过程均简单易操作，添加的都是温和友好的试剂，无需额外的化学试剂，绿色低能耗，符合可持续发展的理念。因此，利用CNF、CNC、CODs共混的策略来改善彩色膜的机械性能和光学性能。得到的纳米纤维素柔性虹彩膜性能优越，可作为手性膜材料应用于安全防伪和信息加密领域。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明实施例中使用的马尾松浆料购于山东省某造纸厂，直接从造纸厂买的已漂硫酸盐马尾松浆料；纤维素内切酶：型号：BANZYME 2900；购买单位：Sigma-Aldrich；其它试剂药品均可从市场购买或按照现有技术方法制得。
实施例1
本实施例的一种纳米纤维素柔性虹彩膜的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)马尾松浆料的酶预处理：向装有马尾松浆料的反应釜中按10mg/g的比例加入纤维素内切酶，在pH为4.0，温度为60℃条件下进行酶解反应50min；
(2)CNF的制备：将步骤(1)酶解后的浆料利用超微粒植物研磨机在速度为1600rpm下进行机械研磨5min，并在均质机内部压力为120MPa条件下均质5min得到尺寸均匀的CNF；
(3)CNC的制备：利用50％质量浓度的对甲基苯磺酸对步骤(1)酶解后的浆料在50℃条件下进行酸水解处理40min。经透析、旋蒸浓缩及超声处理(在超声波功率为100W下超声处理5min，温度控制为25℃)得到CNC微晶悬浮液；
(4)CODs的制备：将马尾松浆料先用疏解机进行分散处理，再放进反应釜中在230℃，压力为8.5MPa条件下水热反应21h，然后经在室温、25000rpm转速下离心分离20min，得到碳量子点；
(5)三种纤维素纳米材料复合成膜：将步骤(2)、(3)、(4)中得到的CNF、CNC和CODs按照质量比为2：1：0.1配置成悬浮液，然后通过浇铸的方式倒入聚苯乙烯培养皿中，在32℃条件下自然干燥60h，得到纳米纤维素柔性虹彩膜。
(6)不含CODs的纤维素纳米材料复合成膜：将步骤(2)、(3)中得到的CNF和CNC按照质量比为2：1配置成悬浮液，然后通过浇铸的方式倒入聚苯乙烯培养皿中，在32℃条件下自然干燥60h，得到不含CODs的纳米纤维素柔性虹彩膜，作为对照。
本实施例的纳米纤维素及柔性虹彩膜的性能指标：CNF的纤维长度：430nm、直径：82nm；CNC的长度92nm、直径：38nm；CODs的粒径3nm；膜的抗张指数：63N·m/g；膜中螺旋节距：340nm。
对照的纳米纤维素及柔性虹彩膜的性能指标：CNF的纤维长度：430nm、直径：82nm；CNC的长度92nm、直径：38nm；膜的抗张指数：51N·m/g；膜中螺旋节距：307nm。
根据结果说明，CODs的加入显著改善了虹彩膜的机械性能和光学性能，可作为手性膜材料应用于安全防伪和信息加密领域。
实施例2
本实施例的一种纳米纤维素柔性虹彩膜的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)马尾松浆料的酶预处理：向装有马尾松浆料的反应釜中按11mg/g的比例加入纤维素内切酶，在pH为4.2，温度为63℃条件下进行酶解反应60min；
(2)CNF的制备：将步骤(1)酶解后的浆料利用超微粒植物研磨机在速度为2000rpm下进行机械研磨10min，并在均质机内部压力为150MPa条件下均质5min得到尺寸均匀的CNF；
(3)CNC的制备：利用55％质量浓度的对甲基苯磺酸对步骤(1)酶解后的浆料在50℃条件下进行酸水解处理50min。经透析、旋蒸浓缩及超声处理(在超声波功率为150W下超声处理6min，温度控制为25℃)得到CNC微晶悬浮液；
(4)CODs的制备：将马尾松浆料先用疏解机进行分散处理，再放进反应釜中在240℃，压力为8.5MPa条件下水热反应22h，然后经在室温、26000rpm转速下离心分离20min，得到碳量子点；
(5)三种纤维素纳米材料复合成膜：将步骤(2)、(3)、(4)中得到的CNF、CNC和CODs按照质量比为2：1：0.2配置成悬浮液，然后通过浇铸的方式倒入聚苯乙烯培养皿中，在34℃条件下自然干燥64h，得到纳米纤维素柔性虹彩膜。
(6)不含CODs的纤维素纳米材料复合成膜：将步骤(2)、(3)中得到的CNF和CNC按照质量比为2：1配置成悬浮液，然后通过浇铸的方式倒入聚苯乙烯培养皿中，在34℃条件下自然干燥64h，得到不含CODs的纳米纤维素柔性虹彩膜，作为对照。
本实施例的纳米纤维素及柔性虹彩膜的性能指标：CNF的纤维长度：327nm、直径：73nm；CNC的长度78nm、直径：33nm；CODs的粒径2.4nm；膜的抗张指数：68N·m/g；膜中螺旋节距：365nm。
对照的纳米纤维素及柔性虹彩膜的性能指标：CNF的纤维长度：327nm、直径：73nm；CNC的长度78nm、直径：33nm；膜的抗张指数：55N·m/g；膜中螺旋节距：327nm。
根据结果说明，CODs的加入显著改善了虹彩膜的机械性能和光学性能，可作为手性膜材料应用于安全防伪和信息加密领域。
实施例3
本实施例的一种纳米纤维素柔性虹彩膜的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)马尾松浆料的酶预处理：向装有马尾松浆料的反应釜中按12mg/g的比例加入纤维素内切酶，在pH为4.2，温度为63℃条件下进行酶解反应70min；
(2)CNF的制备：将步骤(1)酶解后的浆料利用超微粒植物研磨机在速度为2000rpm下进行机械研磨15min，并在均质机内部压力为180MPa条件下均质10min得到尺寸均匀的CNF；
(3)CNC的制备：利用55％质量浓度的对甲基苯磺酸对步骤(1)酶解后的浆料在50℃条件下进行酸水解处理60min。经透析、旋蒸浓缩及超声处理(在超声波功率为150W下超声处理7min，温度控制为30℃)得到CNC微晶悬浮液；
(4)CODs的制备：将马尾松浆料先用疏解机进行分散处理，再放进反应釜中在250℃，压力为9.5MPa条件下水热反应23h，然后经在室温、27000rpm转速下离心分离25min，得到碳量子点；
(5)三种纤维素纳米材料复合成膜：将步骤(2)、(3)、(4)中得到的CNF、CNC和CODs按照质量比为2：1：0.3配置成悬浮液，然后通过浇铸的方式倒入聚苯乙烯培养皿中，在36℃条件下自然干燥68h，得到纳米纤维素柔性虹彩膜。
(6)不含CODs的纤维素纳米材料复合成膜：将步骤(2)、(3)中得到的CNF和CNC按照质量比为2：1配置成悬浮液，然后通过浇铸的方式倒入聚苯乙烯培养皿中，在36℃条件下自然干燥68h，得到不含CODs的纳米纤维素柔性虹彩膜，作为对照。
本实施例的纳米纤维素及柔性虹彩膜的性能指标：CNF的纤维长度：292nm、直径：70nm；CNC的长度61nm、直径：29nm；CODs的粒径1.7nm；膜的抗张指数：75N·m/g；膜中螺旋节距：374nm。
对照的纳米纤维素及柔性虹彩膜的性能指标：CNF的纤维长度：292nm、直径：70nm；CNC的长度61nm、直径：29nm；膜的抗张指数：58N·m/g；膜中螺旋节距：334nm。
根据结果说明，CODs的加入显著改善了虹彩膜的机械性能和光学性能，可作为手性膜材料应用于安全防伪和信息加密领域。
实施例4
本实施例的一种纳米纤维素柔性虹彩膜的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)马尾松浆料的酶预处理：向装有马尾松浆料的反应釜中按13mg/g的比例加入纤维素内切酶，在pH为4.5，温度为65℃条件下进行酶解反应80min；
(2)CNF的制备：将步骤(1)酶解后的浆料利用超微粒植物研磨机在速度为2400rpm下进行机械研磨15min，并在均质机内部压力为150MPa条件下均质10min得到尺寸均匀的CNF；
(3)CNC的制备：利用60％质量浓度的对甲基苯磺酸对步骤(1)酶解后的浆料在50℃条件下进行酸水解处理60min。经透析、旋蒸浓缩及超声处理(在超声波功率为150W下超声处理8min，温度控制为30℃)得到CNC微晶悬浮液；
(4)CODs的制备：将马尾松浆料先用疏解机进行分散处理，再放进反应釜中在260℃，压力为10.5MPa条件下水热反应24h，然后经在室温、28000rpm转速下离心分离25min，得到碳量子点；
(5)三种纤维素纳米材料复合成膜：将步骤(2)、(3)、(4)中得到的CNF、CNC和CODs按照质量比为3：1：0.1配置成悬浮液，然后通过浇铸的方式倒入聚苯乙烯培养皿中，在38℃条件下自然干燥68h，得到纳米纤维素柔性虹彩膜。
(6)不含CODs的纤维素纳米材料复合成膜：将步骤(2)、(3)中得到的CNF和CNC按照质量比为3：1配置成悬浮液，然后通过浇铸的方式倒入聚苯乙烯培养皿中，在38℃条件下自然干燥68h，得到不含CODs的纳米纤维素柔性虹彩膜。作为对照。
本实施例的纳米纤维素及柔性虹彩膜的性能指标：CNF的纤维长度：251nm、直径：67nm；CNC的长度53nm、直径：26nm；CODs的粒径1.3nm；膜的抗张指数：62N·m/g；膜中螺旋节距：387nm。
对照的纳米纤维素及柔性虹彩膜的性能指标：CNF的纤维长度：251nm、直径：67nm；CNC的长度53nm、直径：26nm；膜的抗张指数：53N·m/g；膜中螺旋节距：347nm。
根据结果说明，CODs的加入显著改善了虹彩膜的机械性能和光学性能，可作为手性膜材料应用于安全防伪和信息加密领域。
实施例5
本实施例的一种纳米纤维素柔性虹彩膜的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)马尾松浆料的酶预处理：向装有马尾松浆料的反应釜中按14mg/g的比例加入纤维素内切酶，在pH为4.5，温度为60℃条件下进行酶解反应90min；
(2)CNF的制备：将步骤(1)酶解后的浆料利用超微粒植物研磨机在速度为2400rpm下进行机械研磨20min，并在均质机内部压力为180MPa条件下均质10min得到尺寸均匀的CNF；
(3)CNC的制备：利用60％质量浓度的对甲基苯磺酸对步骤(1)酶解后的浆料在55℃条件下进行酸水解处理60min。经透析、旋蒸浓缩及超声处理(在超声波功率为200W下超声处理9min，温度控制为30℃)得到CNC微晶悬浮液；
(4)CODs的制备：将马尾松浆料先用疏解机进行分散处理，再放进反应釜中在260℃，压力为9.5MPa条件下水热反应24h，然后经在室温、29000rpm转速下离心分离30min，得到碳量子点；
(5)三种纤维素纳米材料复合成膜：将步骤(2)、(3)、(4)中得到的CNF、CNC和CODs按照质量比为3：2：0.1配置成悬浮液，然后通过浇铸的方式倒入聚苯乙烯培养皿中，在40℃条件下自然干燥72h，得到纳米纤维素柔性虹彩膜。
(6)不含CODs的纤维素纳米材料复合成膜：将步骤(2)、(3)中得到的CNF和CNC按照质量比为3：2配置成悬浮液，然后通过浇铸的方式倒入聚苯乙烯培养皿中，在40℃条件下自然干燥72h，得到不含CODs的纳米纤维素柔性虹彩膜，作为对照。
本实施例的纳米纤维素及柔性虹彩膜的性能指标：CNF的纤维长度：200nm、直径：56nm；CNC的长度42nm、直径：23nm；CODs的粒径0.8nm；膜的抗张指数：57N·m/g；膜中螺旋节距：403nm。
对照的纳米纤维素及柔性虹彩膜的性能指标：CNF的纤维长度：200nm、直径：56nm；CNC的长度42nm、直径：23nm；膜的抗张指数：52N·m/g；膜中螺旋节距：381nm。
根据结果说明，CODs的加入显著改善了虹彩膜的机械性能和光学性能，可作为手性膜材料应用于安全防伪和信息加密领域。
实施例6
本实施例的一种纳米纤维素柔性虹彩膜的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)马尾松浆料的酶预处理：向装有马尾松浆料的反应釜中按15mg/g的比例加入纤维素内切酶，在pH为4.5，温度为65℃条件下进行酶解反应100min；
(2)CNF的制备：将步骤(1)酶解后的浆料利用超微粒植物研磨机在速度为2400rpm下进行机械研磨20min，并在均质机内部压力为180MPa条件下均质10min得到尺寸均匀的CNF；
(3)CNC的制备：利用60％质量浓度的对甲基苯磺酸对步骤(1)酶解后的浆料在60℃条件下进行酸水解处理60min。经透析、旋蒸浓缩及超声处理(在超声波功率为200W下超声处理10min，温度控制为25℃)得到CNC微晶悬浮液；
(4)CODs的制备：将马尾松浆料先用疏解机进行分散处理，再放进反应釜中在260℃，压力为10.5MPa条件下水热反应24h，然后经在室温、30000rpm转速下离心分离30min，得到碳量子点；
(5)三种纤维素纳米材料复合成膜：将步骤(2)、(3)、(4)中得到的CNF、CNC和CODs按照质量比为3：2：0.3配置成悬浮液，然后通过浇铸的方式倒入聚苯乙烯培养皿中，在40℃条件下自然干燥68h，得到纳米纤维素柔性虹彩膜。
(6)不含CODs的纤维素纳米材料复合成膜：将步骤(2)、(3)中得到的CNF和CNC按照质量比为3：2配置成悬浮液，然后通过浇铸的方式倒入聚苯乙烯培养皿中，在40℃条件下自然干燥68h，得到不含CODs的纳米纤维素柔性虹彩膜，作为对照。
本实施例的纳米纤维素及柔性虹彩膜的性能指标：CNF的纤维长度：227nm、直径：58nm；CNC的长度30nm、直径：19nm；CODs的粒径0.5nm；膜的抗张指数：50N·m/g；膜中螺旋节距：426nm。
对照的纳米纤维素及柔性虹彩膜的性能指标：CNF的纤维长度：227nm、直径：58nm；CNC的长度30nm、直径：19nm；膜的抗张指数：45N·m/g；膜中螺旋节距：398nm。
根据结果说明，CODs的加入显著改善了虹彩膜的机械性能和光学性能，可作为手性膜材料应用于安全防伪和信息加密领域。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纳米纤维素柔性虹彩膜的制备方法，其特征在于：包括以下操作步骤：
(1)马尾松浆料的酶解预处理：向马尾松浆料中加入一定量的纤维素内切酶，进行酶解反应；
(2)CNF的制备：将步骤(1)酶解后的浆料进行机械研磨和高压均质处理得到尺寸均匀的CNF；CNF是指纤维素纳米纤丝；
(3)CNC的制备：将步骤(1)酶解后的浆料进行酸水解；经透析、旋蒸浓缩及超声处理得到CNC微晶悬浮液；CNC是指纤维素纳米晶体；
(4)CODs的制备：将马尾松浆料先进行疏解，再进行水热反应，然后经离心分离，得到CODs；CODs是指碳量子点；
(5)复合成膜：将步骤(2)、(3)、(4)中得到的CNF、CNC和CODs按照一定的质量比配置成悬浮液，然后通过浇铸的方式倒入培养皿中，干燥得到纳米纤维素柔性虹彩膜。
2.根据根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
步骤(5)中所述的CNF、CNC和CODs的质量比为2～3：1～2：0.1～0.3。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的纤维素内切酶的加入量为10～15mg/g浆料；
步骤(1)中所述的酶解反应的条件为：pH为4.0～4.5，反应温度为60～65℃，反应时间为50～100min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的机械研磨指的是用超微粒植物研磨机进行研磨处理，研磨速度1600～2400rpm，研磨时间5～20min；
步骤(2)中所述的高压均质处理的条件为：均质压力120～180MPa，均质时间：5～10min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中所述的酸为对甲基苯磺酸，浓度为50％～60％，酸水解时间为40～60min，水解温度为50～60℃；
步骤(3)中所述的超声处理的条件为：超声时间5～10min，功率为100～200W，温度控制在25～30℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
步骤(4)中所述的水热反应的条件是：温度为230～260℃，压力为8.5～10.5MPa，反应时间为21～24h，溶剂为蒸馏水。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
步骤(4)中所述的离心分离的条件为：室温下，速度为25000～30000rpm，处理时间为20～30min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
步骤(5)所述的干燥为自然干燥，干燥温度为32～40℃，干燥时间为60～72h。
9.一种纳米纤维素柔性虹彩膜，其特征在在于：通过权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到。
10.根据权利要求9所述的纳米纤维素柔性虹彩膜在安全防伪和信息加密领域中的应用。
CN201911283050.4A 2019-12-13 2019-12-13 一种纳米纤维素柔性虹彩膜及其制备方法与应用 Pending CN111116994A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911283050.4A CN111116994A (zh) 2019-12-13 2019-12-13 一种纳米纤维素柔性虹彩膜及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911283050.4A CN111116994A (zh) 2019-12-13 2019-12-13 一种纳米纤维素柔性虹彩膜及其制备方法与应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111116994A true CN111116994A (zh) 2020-05-08

Family

ID=70498645

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911283050.4A Pending CN111116994A (zh) 2019-12-13 2019-12-13 一种纳米纤维素柔性虹彩膜及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111116994A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010124378A1 (en) * 2009-05-01 2010-11-04 Fpinnovations Flexible, iridescent nanocrystalline cellulose film, and method for preparation
CN107987291A (zh) * 2017-12-04 2018-05-04 吉林大学 一种基于晶态纳米纤维素的圆偏振发光材料、制备方法及其在防伪上的应用
CN110540666A (zh) * 2019-10-11 2019-12-06 吉林大学 一种晶态纳米纤维素基双圆偏振光/荧光薄膜材料、制备方法及其在防伪标识中的应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010124378A1 (en) * 2009-05-01 2010-11-04 Fpinnovations Flexible, iridescent nanocrystalline cellulose film, and method for preparation
CN107987291A (zh) * 2017-12-04 2018-05-04 吉林大学 一种基于晶态纳米纤维素的圆偏振发光材料、制备方法及其在防伪上的应用
CN110540666A (zh) * 2019-10-11 2019-12-06 吉林大学 一种晶态纳米纤维素基双圆偏振光/荧光薄膜材料、制备方法及其在防伪标识中的应用

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ERLANTZ LIZUNDIA等: ""Chiroptical luminescent nanostructured cellulose films"", 《MATERIALS CHEMISTRY FRONTIERS》 *
RUI XIONG等: ""Flexible,highly transparent and iridescent all-cellulose hybrid nanopaper with enhanced mechanical strength and writable surface"", 《CARBOHYDRATE POLYMERS》 *
RUI XIONG等: ""Self-Assembly of Emissive Nanocellulose/Quantum Dot Nanostructures for Chiral Fluorescent Materials"", 《ACS NANO》 *
王帅等: ""纤维素纳米晶体虹彩膜的制备"", 《中国造纸学报》 *
蔡珣编著: "《材料科学与工程基础》", 31 July 2010, 上海交通大学出版社 *
陈文新等: ""基于生物质甘蔗渣的荧光碳量子点制备"", 《暨南大学学报（自然科学与医学版）》 *
高玉莲等: ""基于生物质花生皮的碳量子点制备及表征"", 《新型工业化》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103866487B (zh) 一种纳米微晶纤维素/壳聚糖/聚乙烯醇复合纳米膜的制备方法
CN107287956B (zh) 一种酶预处理结合机械研磨制备纳米纤维素的方法
CN110485188B (zh) 一种木质纤维同步制备高纯纤维素和木质素纳米颗粒的方法及其应用
CN103205912B (zh) 利用海带渣制备纳米纤维素晶须水溶胶的方法
CN102011212B (zh) 一种柞蚕丝纤维素纤维的制备方法
AU2020100319A4 (en) Method for preparing cellulose nanofibrils by deep eutectic solvent pretreatment
CN110055796A (zh) 一种微纳米木质素纤维素及其制备方法和用途
CN106988137A (zh) 一种较高浓度纳米纤维素纤丝的清洁生产方法
CN102660050A (zh) 一种改善醋酸纤维素力学性能的方法
CN102154720A (zh) 一种纤维素纤维的制备方法
Jiang et al. Efficient recovery of the dyed cotton–polyester fabric: cellulose nanocrystal extraction and its application in composite films
CN114874343B (zh) 一种基于糠醛渣的球形纳米晶纤维素及其制备方法
CN110055788B (zh) 一种微纳米木质素纤维素分散液及其制备方法和用途
CN103774481B (zh) 一种利用苎麻纤维原料制备分级纳米纤维素的方法
CN107881842A (zh) 一种利用秸秆和废纸浆制备高强度瓦楞原纸的方法
CN112267157A (zh) 基于反应型低共熔溶剂改性的纤维素纳米纤丝制备方法
CN111205483A (zh) 一种纤维素纳米晶水/气凝胶及其制备方法
CN108221438A (zh) 一种漂白桉木浆纳米纤维素的制备方法
CN111395031A (zh) 一种同步制备纤维素纳米晶须和纤维素纳米纤丝的方法
CN103342826A (zh) 一种甲壳素纳米纤维/蒙脱土复合膜材料的制备方法
Wei et al. Cellulose Nanocrystal-based Liquid Crystal Structures and the Unique Optical Characteristics of Cellulose Nanocrystal Films.
Su et al. Integrated production of cellulose nanofibers and sodium carboxymethylcellulose through controllable eco-carboxymethylation under mild conditions
Jančíková et al. Cellulose nanoproducts isolated from lignocellulosic materials using DES-like mixtures–A minireview: State-of-the-art 2023
CN113845667A (zh) 一种氧化纳米纤维素皮克林乳液的制备方法及应用
CN111116994A (zh) 一种纳米纤维素柔性虹彩膜及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200508