CN103898802A - 一种透明纤维素薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透明纤维素薄膜及其制备方法。该方法将植物纤维素在干燥至绝干状态；然后将植物纤维素加入到纤维素溶剂中，控制植物纤维素占纤维素溶剂质量的为0.01‐20%，在温度为‐20‐150℃下溶解，溶解完毕后，混合均匀；将所得的植物纤维素溶液滴加到高速混合的脱胶溶液中，加料完毕后，继续混合5s‐3600s以备用；经抄造成型和干燥成型，制备具有高透明的纤维素薄膜。本发明可制造具有较高的力学强度和较低的热膨胀系数，密度为0.1‐1.2g/ml，厚度为0.01‐2mm，透明度为40‐95%的透明纤维素薄膜产品，可在柔性电子材料与器件或高级包装、印刷领域应用；具有工艺简单、环境友好和成本低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维素薄膜，特别是涉及一种透明纤维素薄膜及其制备方法，该透明纤维素薄膜可在柔性OLED,柔性太阳能电池，柔性有机电子材料等领域应用；属于绿色环保的透明纸领域。
背景技术
随社会的进步和人们环境意识的增强，人们对工作和生活环境提出越来越高的要求，不仅要求产品质量高，而且对其环境友好性提出了更高的要求。当前市场主要采用聚对萘二甲酸乙二醇酯（PEN），聚碳酸酯PC，聚乙烯乙二醇酯，聚萘二甲酸乙二醇酯，聚乙烯对苯二甲酯（PET），聚酰亚胺PI，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为电子器件（柔性OLED,柔性太阳能电池，柔性有机电子材料）的衬底材料使用，而这些材料存在热膨胀系数偏高和可加工温度偏低的缺陷。寻找一种质量可靠且综合性能优良的新型材料以替代部分有机薄膜衬底材料已成为当前世界各国迫切需要解决的科学难题。为此，许多的研究工作者也研究各种合适的材料予以作为替代材料使用的可能，其中自然界天然生长的植物纤维引人关注。天然植物纤维具有绿色环保、可再生、成本低、原料来源广泛等优点，而将植物纤维加工成的纯材料也具有较高的热分解温度（200‐250℃），而其加工后的纳米级纤维材料的热膨胀率（CTE）却与石英玻璃等无机材质相当，比PET塑料低很多。但由普通纸浆纤维组成的普通纸材料具有纤维粗糙且孔隙较大，透光但几乎不透明。美国麻省理工学院研究人员利用氧化化学气相淀积的方法，将原料单体和氧化剂气化后喷在薄薄的、柔性普通卫生纸材料上，形成一种PEDOT导电薄膜，但因纸材料不透明且强度差而导致性能不佳。因此需要对植物纤维进行深度加工以实现其平滑、光洁且高透明性特征，研究其作为有机透明导电薄膜衬底材料使用的可能。
目前将普通植物纤维材料透明化的主要技术是利用植物纤维在氧化或酶处理，再经声波降解法加工相结合的方法来获得纳米级纤维素纤维，通过类似纸张抄造的方法来制备透明纳米纸材料。透明纳米纸材料具有其他纸、塑料、玻璃等不具有的诸多优势，如材料具有绿色环保、很低的热膨胀系数、表面光滑、轻巧方便、柔性易折叠、不易碎等。日本大阪大学产业科学研究所能木雅教授及其团队采用TEMPO氧化和超声处理开发了透明纳米纸材料（厚度仅15nm），将植物纤维通过分解成纳米级纤维素纤维，经过特殊过滤加工成型为透明纳米纸材料，经过表面印刷导电物质制备柔性有机太阳能电池材料，在以标准导电薄膜条件下其光电转换效率为3%。我国同济大学黄佳教授也发展了以纳米纸纤维为基础的高透明柔性纳米纸（光透射率达83.5%）[Jia Huang,Hongli Zhu,Yuchen Chen,ColinPreston,Kathleen Rohrbach,John Cumings,Liangbing Hu.Highly Transparent and FlexibleNanopaper Transistors[J].ACS Nano,2013,7(3):2106–2113]，用来制备晶体管材料；研究表明当纳米纸晶体管卷曲和折叠时，其电子迁移率近降低10%，有望作为新一代柔性绿色晶体管衬底材料。尽管目前国内外针对透明纳米纸应用于透明导电薄膜衬底材料进行了大量理论研究，但纳米纸的制备工艺极其复杂且价格昂贵，无法实现规模化生产，导致极少有工业化生产的报道。
采用细菌纤维素基透明薄膜作为柔性透明导电薄膜衬底材料，通过射频磁控溅射加载ITO导电薄膜获得在OLED器件；与透明玻璃基、SiO2相比，透明细菌纤维素薄膜衬底的导电ITO薄膜具有相对较高的电阻率（9.0×10‐4Ω·cm）和较低的载流子浓度（5.8×1020cm‐3）、霍尔迁移率（6.5cm2/V·s），但存在较低的可见光透射率（～40%）。随着现代纤维素溶剂技术的推进，特别是近些年来绿色离子液体的发展，促进了纤维素及其新材料的发展。采用离子液体高温或尿素/NaOH低温溶解纤维素，并通过水或醇再生制备高透明的纤维素薄膜材料。这种透明纤维素再生材料也被用来考虑用作OLED导电透明薄膜衬底材料使用;通过溶解‐再生法制备的纤维素薄膜材料具有比玻璃或塑料衬底材料更好的表面光滑度（均方根粗糙度=～6.8nm）以及基本无纤维形态出现，具有纳米纸相当的光学霾值（50%），比塑料（10%）高很多，且可见光透过率为85%（500nm波长），但该方法得到的再生纤维素薄膜存在机械性能和热稳定性不足的问题，影响其在透明导电薄膜衬底材料应用。
发明内容
本发明专利的主要目的在于克服现有技术中透明纸材料的缺点，提供一种生产成本低廉，机械性能和热稳定性良好的透明纤维素薄膜及其制备方法。
柔性透明纳米纸、细菌纤维素薄膜和再生纤维素薄膜都有应用透明导电薄膜衬底材料的经验，各有材料优势和不足，特别是均无法形成规模化生产；而本发明提出的一种制备透明纤维素薄膜及其新方法，则可克服以上不足，接近生产化要求，工艺简单，成本低廉，目前国内外还没有这种制备方法的报道。
本发明将植物纤维素在纤维素溶剂中完全溶解后，在具有高速旋转的水流体环境下脱胶和产生界面分离，纤维素分子链在强剪切力作用下发生脱离和被撕裂，在高速和高频剪切力作用下被撕裂成许多的细小再生纤维，而这些脱胶的纳米/微米纤维素纤维与植物纤维素和普通纳米纤维素有本质的区别，然后通过抄造成型的方法抄造成型，制备透明化的新型纤维素薄膜材料。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种透明纤维素薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：
（1）纤维干燥：将植物纤维素干燥至绝干状态；
（2）植物纤维素的溶解：将干燥后的植物纤维素加入到纤维素溶剂中，控制植物纤维素占纤维素溶剂质量的为0.01‐20%，在温度为‐20‐150℃下溶解，溶解完毕后，混合均匀后以备用；
（3）脱胶过程：将步骤（2）所得的植物纤维素溶液以0.01‐1ml/s的量缓慢滴加到转速为1000‐12000rpm高速混合的脱胶溶液中，加料完毕后，继续混合5s‐3600s以备用；所述脱胶溶液为水溶液、硫酸溶液、NaOH溶液或硫酸铵溶液；
（4）抄造成型：将步骤（3）所获得的脱胶纤维悬浮液在纸页成型器内抄造成型，抽滤干后继续真空抽吸10‐30min，取出透明状纤维素薄膜以备用；
（5）干燥成型：将步骤（4）所获得的透明状纤维素薄膜在室温条件下压力为0.01‐0.05MPa低压静置，静置时间为1‐48小时；低压静置后，将其置入压力机以低压低温干燥成型，压制压力为0.5‐5MPa，温度为25‐50℃，时间为1‐72小时，压制完毕后取出。
优选地，所述的植物纤维素为纯纤维素、微晶纤维素、溶解浆、漂白针叶木浆，漂白阔叶木浆、漂白非木浆和漂白废纸浆纤维中的一种或多种。溶解浆是纸浆中的一种，是经过去除绝大部分的木素和半纤维素而剩下高纯度的纤维素。漂白针叶木浆，漂白阔叶木浆、漂白非木浆和漂白废纸浆的纤维均为高纯度纤维素，按其原料来源来。
所述的纤维素溶剂为1‐甲基‐3‐丁基咪唑氯盐（BMIMCl）离子液体、1‐甲基‐3‐烯丙基咪唑氯盐离子液体（AMIMCl）、BMIMCl/AMIMCl混合离子液体、1‐甲基‐3‐乙基咪唑亚磷酸氢盐（EMIMMeOPO2H）离子液体、NMMO溶剂体系、尿素/氢氧化钠溶剂体系或DMAc/LiCl溶剂体系。
所述的高速乳化过程是采用乳化机或高速分散机或高速水力剪切机高速运转。步骤（2）溶解完毕后还包括加入相对于纤维素溶剂0‐50倍体积的二甲基亚砜稀释溶剂。所述的脱胶溶液为硫酸溶液、NaOH溶液或硫酸铵溶液时，质量浓度为0.1%‐10%。所述的将植物纤维素干燥至绝干状态是在温度为100℃‐110℃条件下干燥。
一种制备透明纤维素薄膜，其由上述制备方法制得，该薄膜的密度为0.1‐1.2g/ml，厚度为0.01‐2mm，透明度为40‐95%。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1.本发明通过溶解‐脱胶新技术方法纤维素薄膜材料，具有工艺简单、成本低、无污染和环境友好等优点。
2.本发明可制造密度为0.1‐1.2g/ml，厚度为0.01‐2mm，透明度为40‐95%的透明纤维素薄膜产品，可在柔性电子材料与器件或高级包装、印刷领域应用。
3.本发明纤维素薄膜材料具有较高的力学强度和较低的热膨胀系数。
具体实施方式
为了更加深入理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，需要说明的是，本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
下面实施例中，薄膜材料厚度与密度测试采用JIS P8118‐1998国家标准测定；薄膜材料透明度根据GB/T2679.1‐1993标准测定；拉伸强度测试采用GB/T20671.7‐2006国家标准测试；弹性模量测试采用ASTM D5934‐1996标准测定。
实施例1
一种透明纤维素薄膜的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：
（1）纤维干燥：将纯纤维素在105℃条件下气流干燥至绝干状态；
（2）植物纤维素的溶解：将纯纤维素加入在1‐甲基‐3‐丁基咪唑氯盐（BMIMCl）离子液体中，控制纯纤维素占离子液体质量百分比为1%，溶解温度为80℃溶解，溶解完毕后，加入相对于离子液体体积10倍的二甲基亚砜（DMSO）稀释溶剂，混合均匀后以备用；
（3）脱胶过程：将步骤（2）所得的纯纤维素溶解液缓慢滴加（0.02ml/s）在纯水液(就是指纯水溶液)，并以高速水力剪切机内高速混合（转速为5000rpm），继续混合360s，得脱胶纤维悬浮液，以备用；
（4）抄造成型：将步骤（3）所获得的脱胶纤维悬浮液在纸页成型器内抄造成型，抽滤干后继续真空抽吸10min，取出透明状纤维素薄膜以备用。
（5）干燥成型：将步骤（4）所获得的透明状纤维素薄膜在室温条件下低压静置（压力为0.02MPa），静置时间为48小时；低压静置后，将其置入压力机以低压低温干燥成型，压制压力为2MPa，温度为30℃，时间为72小时，压制完毕后取出。
经检测，制备的透明纤维素薄膜材料的厚度为0.03mm，透明度为82%，密度为0.36g/cm3，拉伸强度为98Mpa，弹性模量为1.1GPa。根据测试结果，认为材料的透明度和力学强度达到或超过目前通用的塑料薄膜材料、再生纤维素薄膜和透明纸张材料制品的各项性能；材料所采用的脱胶纳米/微米纤维素纤维具有比纳米纤维素纸、再生纤维素薄膜和普通纸浆纤维材料无法比拟的优势，其原因包括：本发明制备的纤维为透明状的脱胶纤维，比纳米纤维素尺寸大，而比普通纸浆纤维小，因此在脱水过程中既保持透明特征，又具有普通纸浆纤维易脱水的特点；而普通纳米纤维素纸真空脱水周期非常长，导致其目前无法规模化应用；此外，本发明的制备具有绿色环保、成本低、工艺技术简单和低碳等优点，具有在柔性电子器件衬底材料或高级包装与印刷领域内广阔的应用前景。
实施例2
一种透明纤维素薄膜的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：
（1）纤维干燥：将微晶纤维素在105℃条件下干燥至绝干状态；
（2）微晶纤维素的溶解：加入在DMAc/LiCl溶剂体系中微晶纤维素，其微晶纤维素相对于溶剂质量浓度为20%，在温度为120℃溶解，溶解完毕后，混合均匀后以备用；
（3）脱胶过程：将步骤（2）所得的微晶纤维素溶解液缓慢滴加（0.5ml/s）在高速分散机内高速混合的脱胶硫酸溶液（浓度3%）中（转速为6000rpm），加料完毕后，继续混合1000s以备用；
（4）抄造成型：将步骤（3）所获得的脱胶纤维悬浮液在纸页成型器内抄造成型，抽滤干后继续真空抽吸10min，取出透明状纤维素薄膜以备用。
（5）干燥成型：将步骤（4）所获得的透明状纤维素薄膜在室温条件（25℃）下低压静置（压力为0.03MPa），静置时间为24小时；低压静置后，将其置入压力机以低压低温干燥成型，压制压力为0.9MPa，温度为30℃，时间为72小时，压制完毕后取出。
经检测，制备的透明纤维素薄膜的厚度为0.11mm，透明度为89%，密度为0.65g/ml，拉伸强度89MPa，弹性模量为1.6GPa。
实施例3
一种透明纤维素薄膜的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：
（1）纤维干燥：将溶解浆在105℃条件下干燥至绝干状态；
（2）溶解浆的溶解：加入在尿素/氢氧化钠溶剂体系中溶解浆，其溶解浆相对于溶剂质量浓度为10%，溶解温度为‐20℃溶解，溶解完毕后，加入32倍质量比的二甲基亚砜（DMSO）稀释剂，混合均匀后以备用；
（3）脱胶过程：将步骤（2）所得的溶解浆溶解液缓慢滴加（0.08ml/s）在乳化机高速混合的脱胶NaOH溶液（浓度3%）中（转速为8000rpm），加料完毕后，继续混合120s以备用；
（4）抄造成型：将步骤（3）所获得的脱胶纤维悬浮液在纸页成型器内抄造成型，抽滤干后继续真空抽吸10min，取出透明状纤维素薄膜以备用。
（5）干燥成型：将步骤（4）所获得的透明状纤维素薄膜在室温条件（20℃）下低压静置（压力为0.03MPa），静置时间为48小时；低压静置后，将其置入压力机以低压低温干燥成型，压制压力为3.0MPa，温度为40℃，时间为48小时，压制完毕后取出。
经检测，制备的透明纤维素薄膜的厚度为0.07mm，透明度为86%，密度为0.51g/ml，拉伸强度68MPa，弹性模量为0.9GPa。
实施例4
一种透明纤维素薄膜的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：
（1）纤维干燥：将漂白针叶木浆在105℃条件下气流干燥至绝干状态；；
（2）漂白针叶木浆的溶解：加入在NMMO溶剂体系中漂白针叶木浆，其漂白针叶木浆占溶剂质量浓度为15%，溶解温度为100℃溶解，溶解完毕后，混合均匀后以备用；
（3）脱胶过程：将步骤（2）所得的漂白针叶木浆溶解液缓慢滴加（0.06ml/s）在高速分散机高速混合的脱胶水溶液（硫酸铵溶液（浓度6%））中（转速为8000rpm），加料完毕后，继续混合20s以备用；
（4）抄造成型：将步骤（3）所获得的脱胶纤维悬浮液在纸页成型器内抄造成型，抽滤干后继续真空抽吸18min，取出透明状纤维素薄膜以备用。
（5）干燥成型：将步骤（4）所获得的透明状纤维素薄膜在室温条件（25℃）下低压静置（压力为0.04MPa），静置时间为36小时；低压静置后，将其置入压力机以低压低温干燥成型，压制压力为3.5MPa，温度为40℃，时间为80小时，压制完毕后取出。
经检测，制备的透明纤维素薄膜的厚度为0.09mm，透明度为84%，密度为0.72g/ml，拉伸强度85MPa，弹性模量为1.6GPa。
实施例5
一种透明纤维素薄膜的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：
1.一种制备透明纤维素薄膜及其新方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：
（1）纤维干燥：将漂白阔叶木浆在80℃条件下气流干燥至绝干状态；
（2）漂白阔叶木浆的溶解：加入在EMIMMeOPO2H离子液体中漂白阔叶木浆，其漂白阔叶木浆占溶剂质量浓度为0.1%，在温度为60℃溶解，溶解完毕后，加入3倍质量比的二甲基亚砜（DMSO）稀释溶剂，混合均匀后以备用；
（3）脱胶过程：将步骤（2）所得的漂白阔叶木浆溶解液缓慢滴加（0.06ml/s）在乳化机内高速混合的脱胶水溶液中（转速为4000rpm），加料完毕后，继续混合900s以备用；
（4）抄造成型：将步骤（3）所获得的脱胶纤维悬浮液在纸页成型器内抄造成型，抽滤干后继续真空抽吸10min，取出透明状纤维素薄膜以备用。
（5）干燥成型：将步骤（4）所获得的透明状纤维素薄膜在室温条件（18℃）下低压静置（压力为0.03MPa），静置时间为48小时；低压静置后，将其置入压力机以低压低温干燥成型，压制压力为3.2MPa，温度为46℃，时间为48小时，压制完毕后取出。
经检测，制备的透明纤维素薄膜的厚度为0.01mm，透明度为92%，密度为0.33g/ml，拉伸强度72MPa，弹性模量为1.3GPa。
实施例6
一种透明纤维素薄膜的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：
（1）纤维干燥：将漂白非木浆在100℃条件下气流干燥至绝干状态；
（2）漂白非木浆的溶解：加入在烷基吡啶季铵盐类离子液体（氯代N‐乙基吡啶[EPy]Cl）中漂白非木浆，其漂白非木浆占溶剂质量浓度为10%，在温度为120℃溶解，溶解完毕后，加入35倍质量比的二甲基亚砜（DMSO）稀释溶剂，混合均匀后以备用；
（3）脱胶过程：将步骤（2）所得的漂白非木浆溶解液缓慢滴加（0.05ml/s）在乳化机内高速乳化的脱胶硫酸溶液（浓度3.9%）中（转速为2000rpm），加料完毕后，继续混合1200s以备用；
（4）抄造成型：将步骤（3）所获得的脱胶纤维悬浮液在纸页成型器内抄造成型，抽滤干后继续真空抽吸20min，取出透明状纤维素薄膜以备用。
（5）干燥成型：将步骤（4）所获得的透明状纤维素薄膜在室温条件（26℃）下低压静置（压力为0.03MPa），静置时间为28小时；低压静置后，将其置入压力机以低压低温干燥成型，压制压力为0.9MPa，温度为50℃，时间为10小时，压制完毕后取出。
经检测，制备的透明纤维素薄膜的厚度为0.89mm，透明度为87%，密度为0.65g/ml，拉伸强度110MPa，弹性模量为1.9GPa。
实施例7
一种透明纤维素薄膜的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：
（1）纤维干燥：将漂白废纸浆在105℃条件下气流干燥至绝干状态；
（2）漂白废纸浆的溶解：加入在1‐甲基‐3‐烯丙基咪唑氯盐离子液体（AMIMCl）中漂白废纸浆，其漂白废纸浆占溶剂质量浓度为1%，在温度为150℃溶解，溶解完毕后，加入20倍质量比的二甲基亚砜（DMSO）稀释溶剂，混合均匀后以备用；
（3）脱胶过程：将步骤（2）所得的漂白废纸浆溶解液缓慢滴加（1ml/s）在高速混合机内高速混合的脱胶水溶液（NaOH溶液浓度2.5%）中（转速为5000rpm），加料完毕后，继续混合100s以备用；
（4）抄造成型：将步骤（3）所获得的脱胶纤维悬浮液在纸页成型器内抄造成型，抽滤干后继续真空抽吸10min，取出透明状纤维素薄膜以备用。
（5）干燥成型：将步骤（4）所获得的透明状纤维素薄膜在室温条件（28℃）下低压静置（压力为0.04MPa），静置时间为40小时；低压静置后，将其置入压力机以低压低温干燥成型，压制压力为1.2MPa，温度为36℃，时间为72小时，压制完毕后取出。
经检测，制备的透明纤维素薄膜的厚度为0.02mm，透明度为85%，密度为0.41g/ml，拉伸强度110MPa，弹性模量为2.2GPa。
实施例8
一种透明纤维素薄膜的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：
（1）纤维干燥：将漂白废纸浆在105℃条件下气流干燥至绝干状态；
（2）漂白废纸浆的溶解：加入在BMIMCl/AMIMCl混合离子液体中漂白废纸浆，其漂白废纸浆占溶剂质量浓度为6.5%，溶解温度为85℃溶解，溶解完毕后，加入25倍质量比的二甲基亚砜（DMSO）稀释溶剂，混合均匀后以备用；
（3）脱胶过程：将步骤（2）所得的漂白废纸浆溶解液缓慢滴加（0.5ml/s）在高速混合机内高速混合的脱胶水溶液（硫酸铵溶液（浓度1%‐10%））中（转速为6000rpm），加料完毕后，继续混合1200s以备用；
（4）抄造成型：将步骤（3）所获得的脱胶纤维悬浮液在纸页成型器内抄造成型，抽滤干后继续真空抽20min，取出透明状纤维素薄膜以备用。
（5）干燥成型：将步骤（4）所获得的透明状纤维素薄膜在室温条件（22℃）下低压静置（压力为0.03MPa），静置时间为40小时；低压静置后，将其置入压力机以低压低温干燥成型，压制压力为3.9MPa，温度为48℃，时间为50小时，压制完毕后取出。
经检测，制备的透明纤维素薄膜的厚度为0.05mm，透明度为88%，密度为0.21g/ml，拉伸强度90MPa，弹性模量为0.8GPa。
实施例9
一种透明纤维素薄膜的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：
（1）纤维干燥：将等质量比例的溶解浆/漂白非木浆在105℃条件下气流干燥至绝干状态；
（2）溶解浆/漂白非木浆的溶解：加入在BMIMCl离子液体溶剂中溶解浆/漂白非木浆，其溶解浆/漂白非木浆占溶剂质量浓度为20%，溶解温度为100℃溶解，溶解完毕后，加入10倍质量比的二甲基亚砜（DMSO）稀释溶剂，混合均匀后以备用；
（3）脱胶过程：将步骤（2）所得的溶解浆/漂白非木浆溶解液缓慢滴加（0.02ml/s）在乳化机内高速混合的脱胶水溶液（NaOH溶液浓度2.0%）（转速为10000rpm），加料完毕后，继续混合1000s以备用；
（4）抄造成型：将步骤（3）所获得的再生纤维素纤维悬浮液在纸页成型器内抄造成型，抽滤干后继续真空抽吸12min，取出透明状纤维素薄膜以备用。
（5）干燥成型：将步骤（4）所获得的透明状纤维素薄膜在室温条件（20℃）下低压静置（压力为0.03MPa），静置时间为40小时；低压静置后，将其置入压力机以低压低温干燥成型，压制压力为2.6MPa，温度为30℃，时间为56小时，压制完毕后取出。
经检测，制备的透明纤维素薄膜的厚度为0.04mm，透明度为87%，密度为0.44g/ml，拉伸强度96MPa，弹性模量为1.3GPa。
实施例10
一种透明纤维素薄膜的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：
（1）纤维干燥：将等质量比例的漂白针叶木浆/漂白废纸浆在105℃条件下气流干燥至绝干状态；
（2）漂白针叶木浆/漂白废纸浆的溶解：加入在1‐甲基‐3‐烯丙基咪唑氯盐离子液体（AMIMCl）溶剂中漂白针叶木浆/漂白废纸浆，其漂白针叶木浆/漂白废纸浆占溶剂质量浓度为12%，溶解温度为100℃溶解，溶解完毕后，加入15倍质量比的二甲基亚砜（DMSO）稀释溶剂，混合均匀后以备用；
（3）脱胶过程：将步骤（2）所得的漂白针叶木浆/漂白废纸浆溶解液缓慢滴加（0.02ml/s）在高速分散机内高速混合的脱胶水溶液（NaOH溶液浓度1.6%）（转速为6000rpm），加料完毕后，继续混合800s以备用；
（4）抄造成型：将步骤（3）所获得的再生纤维素纤维悬浮液在纸页成型器内抄造成型，抽滤干后继续真空抽吸11min，取出透明状纤维素薄膜以备用。
（5）干燥成型：将步骤（4）所获得的透明状纤维素薄膜在室温条件（20℃）下低压静置（压力为0.03MPa），静置时间为40小时；低压静置后，将其置入压力机以低压低温干燥成型，压制压力为2.6MPa，温度为30℃，时间为56小时，压制完毕后取出。
经检测，制备的透明纤维素薄膜的厚度为0.03mm，透明度为92%，密度为0.35g/ml，拉伸强度102MPa，弹性模量为1.1GPa。
实施例11
一种透明纤维素薄膜的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：
（1）纤维干燥：将等质量比例的纯纤维素、微晶纤维素、溶解浆、漂白针叶木浆，漂白阔叶木浆在105℃条件下气流干燥至绝干状态；
（2）纯纤维素、微晶纤维素、溶解浆、漂白针叶木浆，漂白阔叶木浆的溶解：加入在1‐甲基‐3‐烯丙基咪唑氯盐离子液体（AMIMCl）溶剂中纯纤维素、微晶纤维素、溶解浆、漂白针叶木浆，漂白阔叶木浆，其纯纤维素、微晶纤维素、溶解浆、漂白针叶木浆，漂白阔叶木浆占溶剂质量浓度为15%，溶解温度为100℃溶解，溶解完毕后，加入18倍质量比的二甲基亚砜（DMSO）稀释溶剂，混合均匀后以备用；
（3）脱胶过程：将步骤（2）所得的纯纤维素、微晶纤维素、溶解浆、漂白针叶木浆，漂白阔叶木浆溶解液缓慢滴加（0.03ml/s）在高速分散机内高速混合的脱胶水溶液（H2SO4溶液浓度3.9%）（转速为6000rpm），加料完毕后，继续混合1800s以备用；
（4）抄造成型：将步骤（3）所获得的再生纤维素纤维悬浮液在纸页成型器内抄造成型，抽滤干后继续真空抽吸12min，取出透明状纤维素薄膜以备用。
（5）干燥成型：将步骤（4）所获得的透明状纤维素薄膜在室温条件（20℃）下低压静置（压力为0.03MPa），静置时间为40小时；低压静置后，将其置入压力机以低压低温干燥成型，压制压力为2.8MPa，温度为30℃，时间为60小时，压制完毕后取出。
经检测，制备的透明纤维素薄膜的厚度为0.03mm，透明度为92%，密度为0.35g/ml，拉伸强度99MPa，弹性模量为0.98GPa。
实施例12
一种透明纤维素薄膜的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：
（1）纤维干燥：将等质量比例的漂白非木浆、漂白废纸浆纤维在105℃条件下气流干燥至绝干状态；
（2）漂白非木浆、漂白废纸浆纤维的溶解：加入在1‐甲基‐3‐丁基咪唑氯盐离子液体（BMIMCl）溶剂中漂白非木浆、漂白废纸浆纤维，其漂白非木浆、漂白废纸浆纤维占溶剂质量浓度为20%，溶解温度为90℃溶解，溶解完毕后，加入20倍质量比的二甲基亚砜（DMSO）稀释溶剂，混合均匀后以备用；
（3）脱胶过程：将步骤（2）所得的漂白非木浆、漂白废纸浆纤维溶解液缓慢滴加（0.03ml/s）在高速乳化机内高速混合的脱胶水溶液（NaOH溶液浓度1.8%）（转速为6000rpm），加料完毕后，继续混合1200s以备用；
（4）抄造成型：将步骤（3）所获得的再生纤维素纤维悬浮液在纸页成型器内抄造成型，抽滤干后继续真空抽吸12min，取出透明状纤维素薄膜以备用。
（5）干燥成型：将步骤（4）所获得的透明状纤维素薄膜在室温条件（20℃）下低压静置（压力为0.03MPa），静置时间为40小时；低压静置后，将其置入压力机以低压低温干燥成型，压制压力为2.8MPa，温度为30℃，时间为60小时，压制完毕后取出。
经检测，制备的透明纤维素薄膜的厚度为0.03mm，透明度为91%，密度为0.33g/ml，拉伸强度102MPa，弹性模量为2.3GPa。
Claims (8)
1.一种透明纤维素薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：
（1）纤维干燥：将植物纤维素干燥至绝干状态；
（2）植物纤维素的溶解：将干燥后的植物纤维素加入到纤维素溶剂中，控制植物纤维素占纤维素溶剂质量的为0.01‐20%，在温度为‐20‐150℃下溶解，溶解完毕后，混合均匀后以备用；
（3）脱胶过程：将步骤（2）所得的植物纤维素溶液以0.01‐1ml/s的量缓慢滴加到转速为1000‐12000rpm高速混合的脱胶溶液中，加料完毕后，继续混合5s‐3600s以备用；所述脱胶溶液为水溶液、硫酸溶液、NaOH溶液或硫酸铵溶液；
（4）抄造成型：将步骤（3）所获得的脱胶纤维悬浮液在纸页成型器内抄造成型，抽滤干后继续真空抽吸10‐30min，取出透明状纤维素薄膜以备用；
（5）干燥成型：将步骤（4）所获得的透明状纤维素薄膜在室温条件下压力为0.01‐0.05MPa低压静置，静置时间为1‐48小时；低压静置后，将其置入压力机以低压低温干燥成型，压制压力为0.5‐5MPa，温度为25‐50℃，时间为1‐72小时，压制完毕后取出。
2.根据权利要求1所述的透明纤维素薄膜的制备方法，其特征在于，所述的植物纤维素为纯纤维素、微晶纤维素、溶解浆、漂白针叶木浆，漂白阔叶木浆、漂白非木浆和漂白废纸浆纤维中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的透明纤维素薄膜的制备方法，其特征在于，所述的纤维素溶剂为1‐甲基‐3‐丁基咪唑氯盐离子液体、1‐甲基‐3‐烯丙基咪唑氯盐离子液体、BMIMCl/AMIMCl混合离子液体、1‐甲基‐3‐乙基咪唑亚磷酸氢盐离子液体、NMMO溶剂体系、尿素/氢氧化钠溶剂体系或DMAc/LiCl溶剂体系。
4.根据权利要求1所述的透明纤维素薄膜的制备方法，其特征在于，所述的高速乳化过程是采用乳化机或高速分散机或高速水力剪切机高速运转。
5.根据权利要求1所述的透明纤维素薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）溶解完毕后还包括加入相对于纤维素溶剂0‐50倍体积的二甲基亚砜稀释溶剂。
6.根据权利要求1所述的透明纤维素薄膜的制备方法，其特征在于，所述的脱胶溶液为硫酸溶液、NaOH溶液或硫酸铵溶液时，质量浓度为0.1%‐10%。
7.根据权利要求1所述的透明纤维素薄膜的制备方法，其特征在于，所述的将植物纤维素干燥至绝干状态是在温度为100℃‐110℃条件下干燥。
8.一种制备透明纤维素薄膜，其特征在于，其由权利要求1‐7任一项所述制备方法制得，该薄膜的密度为0.1‐1.2g/ml，厚度为0.01‐2mm，透明度为40‐95%。
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