一种改性纤维素膜及其制备方法和应用

本发明涉及天然高分子，具体涉及一种改性纤维素膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、纤维素是一种丰富的可再生生物天然材料，具有生物相容性、可生物降解性和环境友好性等优点，在膜材料中得到了广泛的应用。纤维素主要由碳(c)、氢(h)、氧(o)三种元素组成，易燃，易滋生细菌。在燃烧的化学反应过程中，纤维素内部的碳和氢通过氧化与氧发生反应，释放出大量的能量。棉纤维具有多孔疏松的结构，具有较强的吸湿性，为细菌的繁殖创造了有利条件，使其容易滋生细菌。因此对纤维素进行针对性改性，改变其阻燃性能、抗菌性能具有十分重要的意义。因此，需要一种利用纤维素羟基改性，同时赋予其阻燃、抗菌功能的方法。

2、纤维素材料可通过浸渍、喷涂、共混、涂覆以及其他整理方法来实现阻燃性。纤维素材料的抗菌能力可以通过添加活性剂来增强，包括氧化锌纳米颗粒、季铵化合物、银纳米颗粒以及生物材料。然而，目前这些纤维素整理方法有许多局限性。添加的阻燃剂和抗菌剂的耐水性不足。根据标准化水洗试验，纤维素的阻燃性和耐水性明显降低，无法满足长期使用要求。此外，如果纤维素同时具有阻燃和抗菌性能，则加工工艺复杂，添加剂用量大，制备的功能性纤维素实用性差。因此，赋予纤维素材料固有的阻燃和抗菌作用具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种具有阻燃、抗菌功能的改性纤维素膜的制备方法。其解决了先哟纤维素阻燃性能耐久性差，而直接对纤维素进行化学阻燃改性，会降低纤维素的聚合度，大大降低膜材料机械强度的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种改性纤维素膜的制备方法，包括如下步骤：

4、s1称取纤维素3～5重量份，尿素5～15重量份加入到100～200重量份的n,n-二甲基乙酰胺中，150～170℃下搅拌4～8h，反应结束后过滤，烘干获得纤维素氨基甲酸酯；

5、s2取步骤s1中的纤维素氨基甲酸酯3～6重量份加入到磷酸氢二铵1～8重量份、尿素5～20重量份和水50～100重量份的溶液中，均匀混合10～30min后超声处理5～15min，烘干后在150～170℃下加热20～40min，搅拌完成磷酸化，冷热水交替洗涤干燥后得到磷酸化纤维素氨基甲酸酯；

6、s3将步骤s2中的磷酸化纤维素氨基甲酸酯2～6重量份加入到碱性溶液中，在-8～-14℃下溶解得到磷酸化纤维素氨基甲酸酯溶液；

7、s4将步骤s3中的磷酸化纤维素氨基甲酸酯溶液在玻璃板上压延后置于硫酸重量份4～14，水重量份50～150的凝固浴中室温凝固1～10min，浸泡洗净后得到磷酸化纤维素氨基甲酸酯膜。优选地，凝固浴温度为10～30℃。

8、进一步地，本发明所述阻燃改性纤维素膜的制备方法，还包括：s5将步骤s4中的纤维素膜置于ph为2～6的次氯酸钠溶液中20～60min氯化，室温下浸泡干燥得到阻燃、抗菌纤维素膜。优选地，s5中ph为5～6。

9、所述碱性溶液为溶解纤维素溶液，包括6～12重量份的氢氧化钠(或氢氧化钾、氢氧化锂)、8～16重量份的尿素(或硫脲)和水。

10、本发明还提供了一种阻燃、抗菌多功能纤维素膜，采用以上方法制备而成。

11、本发明所述纤维素膜能够作为包装膜、过滤膜的应用。其较好的阻燃抗菌性能，以及疏水效果，使其特别适合作为活性包装膜材料使用。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果：

13、(1)本发明将磷酸铵基团通过共价结合的方式接枝在纤维素氨基甲酸酯表面，使纤维素膜具有了本征的阻燃效果，提高了阻燃效果的耐久性；

14、(2)本发明先进行氨基甲酸酯化反应，然后再进行磷酸化反应，能够更好地平衡膜材料的阻燃性能和机械性能，而且氨基甲酸酯中的氨基能够再次与次氯酸钠反应得到了n-卤氨结构，使其获得了阻燃和抗菌双重效果；

15、(3)本发明纤维素进行接枝改性后，表面大量亲水羟基被结合，提高其疏水性可扩大其在活性包装领域的应用；

16、(4)本发明所述阻燃、抗菌多功能纤维素膜的制备方法简单，制备得到的阻燃、抗菌多功能纤维素膜厚度均一性高，膜表面平整，透光度高(90％左右)，且拥有较高的力学性能。

技术特征：

1.一种改性纤维素膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的改性纤维素膜的制备方法，其特征在于，s5将步骤s4中的纤维素膜置于p h为2～6的次氯酸钠溶液中20～60min氯化，室温下浸泡干燥得到阻燃、抗菌纤维素膜。

3.根据权利要求2所述的改性纤维素膜的制备方法，其特征在于，s5中ph为5～6。

4.根据权利要求1所述的改性纤维素膜的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液为溶解纤维素溶液，包括6～12重量份的氢氧化钠(或氢氧化钾、氢氧化锂)、8～16重量份的尿素(或硫脲)和水。

5.一种权利要求1-4任一项所述方法制备的改性纤维素膜。

6.权利要求5所述改性纤维素膜作为包装膜、过滤膜的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，改性纤维素膜作为活性包装膜的应用。

技术总结
本发明公开一种改性纤维素膜及其制备方法和应用，属于纤维素膜制备技术领域，该方法包括：纤维素氨基甲酸酯的制备及磷酸化、含磷酸化纤维素氨基甲酸酯的溶液与凝固浴接触成型、洗涤得到再生纤维素膜、纤维素膜氯化；所述含磷酸化氨基甲酸酯的溶液含有8wt％碱、12％尿素；所述凝固浴为8wt％硫酸水溶液；接触条件包括：温度为0‑25℃；氯化条件为8wt％，pH＝5.5的次氯酸钠溶液。本发明所述的方法制备的再生纤维素膜具有抗菌、阻燃和疏水性能。

技术研发人员：张刚强,邢文浩,徐英俊
受保护的技术使用者：青岛大学
技术研发日：
技术公布日：2025/4/24