CN110551224A - 一种超耐折纳米纤维素薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种超耐折纳米纤维素薄膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超耐折纳米纤维素薄膜及其制备方法，属于生物高分子材料领域。其制备方法如下：（1）纤维素纤维的羧甲基化改性；（2）羧甲基化改性后的纤维加入水分散后，经高压均质处理，制得纳米纤维素纤维；（3）用水将纳米纤维素纤维稀释后，加入培养皿中蒸发干燥，制得超耐折纳米纤维素薄膜。本发明的纳米纤维素薄膜，由于在制备过程中保持纤维高的聚合度以及长度从而具有优异的物理性能，耐折次数20000‑40000次，拉伸强度150‑220 MPa，透光率＞90%，而且热稳定性好（初始热降解温度在250℃以上），在150℃下加热20min返黄值（ΔYI）小于3%，因此，在能源与电子器件等领域具有广泛的应用前景。

Description

一种超耐折纳米纤维素薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于生物高分子材料领域，具体涉及一种超耐折纳米纤维素薄膜及其制备方法。
背景技术
近年来，纳米纤维素透明薄膜因其独一无二的性能（如高透光率、优异的力学性能、良好的热稳定性以及优异的阻隔性能）[Nakagaito A N, Nogi M, Yano H. Displaysfrom transparent film of natural nanofibers [J]. MRS Bull, 2010, 35(3): 214-218]。[Zhu H, Xiao Z, Liu D, et al. Biodegradable transparent substrates forflexible organic-light-emitting diodes [J]. Energ. Environ. Sci, 2013, 6(7):2105-2111.]，有望作为一种新型衬底材料应用于下一代柔性绿色电子器件，促进电子器件朝着柔性、低成本、可降解的方向发展，实现人类社会的可持续发展。纳米纤维素透明薄膜在透光率、表面性能、抗张强度等方面与当今主流的塑料衬底相近，但是其耐折度仅为几十甚至几次，远小于普通纸张（几百到几千次）和PET塑料衬底（30000-40000次）。低的耐折性能严重制约纳米纤维素透明薄膜在柔性电子器件的应用。
本发明通过对植物纤维进行羧甲基化处理，在保留纤维素聚合度的同时，弱化了纤维细胞壁中纳米纤维素之间的氢键作用。再通过均质处理，获得高聚合度和长径比的纳米纤维素，并通过滤或高分子溶胶浇铸，制备超耐折纳米纤维素透明薄膜。
发明内容
本发明的目的是提供一种超耐折纳米纤维素透明薄膜及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种超耐折纳米纤维素透明薄膜的制备方法，具体制备步骤如下：
（1）将纤维加到溶有氯乙酸和氢氧化钠的醇溶液中进行羧甲基化改性，保留纤维素聚合度和植物纤维尺寸的同时，弱化纤维细胞壁中纳米纤维素间的氢键作用；
（2）羧甲基化改性后的纤维加入水分散后，经高压均质处理，从细胞壁中分离出具有高聚合度和长径比的纳米纤维素；
（3）用水稀释纳米纤维素，加入培养皿中蒸发干燥，制得超耐折纳米纤维素薄膜。
进一步优化的，步骤（1）中所述的纤维为包括木材、棉、麻等在内的所有的天然纤维素纤维。
进一步优化的，步骤（1）中所述的羧甲基化改性方法为将纤维加到溶有氯乙酸和氢氧化钠的醇溶液中加热到70-100℃反应60-90min。
进一步优化的，步骤（1）中所述的羧甲基化后纤维聚合度为600-2700。
进一步优化的，步骤（2）中所述的均质压力为10000-30000psi。
进一步优化的，步骤（2）中所述的纳米纤维素的聚合度为500-900。
进一步优化的，步骤（2）中所述的纳米纤维素的长度为0.8-4 μm。
进一步优化的，步骤（3）中，纳米纤维素稀释后的浓度为0.05-0.2%。
进一步优化的，步骤（3）中所述的干燥温度为30-55 ℃。
由上述任一项所述的制备方法制得的一种超耐折纳米纤维素透明薄膜，该纳米纤维素透明薄膜具有优异的物理性能，耐折次数20000-40000次，拉伸强度150-220 MPa，透光率＞90%，而且热稳定性好（初始热降解温度在250℃以上），在150℃下加热20min返黄值（ΔYI）小于3%，因此，在能源与电子器件等领域具有广泛的应用前景。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
（1）本发明制备的纳米纤维素具有高的聚合度(500-1000)和长度（0.8-4μm），因此所制备的纳米纤维素透明薄膜具有优异的耐折性能和热稳定性；
（2）本发明的纳米纤维素透明薄膜具有与PET塑料薄膜相媲美的耐折性能，耐折次数达20000-30000次；
（3）本发明的纳米纤维素透明薄膜同时具有良好的热稳定性；在150℃下加热20min返黄值（ΔYI）小于3%。
具体实施方式
下面结合实例对本发明的具体实施作进一步的说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。
纤维素薄膜的透光率根据GB/T 2410-2008国家标准测定；耐折度采用GB/T 457—2008国家标准测试；拉伸强度测试采用GB/T1040—2006国家标准测试；表面粗糙度利用原子力显微镜表征。
实施例1
（1）将30g棉纤维加到400mL溶有30g氯乙酸和20g氢氧化钠的醇溶液中加热到85℃反应90min，反应结束后用去离子水洗涤；
（2）将洗涤后的浆料加入去离子水分散后，在20000psi压力下均质2次，制得纳米纤维素（聚合度为500-1000，长度为0.8-4μm）；
（3）用去离子水将纳米纤维素纤维稀释到0.1%的质量浓度后，加入培养皿中在45℃下蒸发干燥，制得超耐折纳米纤维素薄膜。厚度为65μm，耐折次数24332次，拉伸强度182MPa，透光率91%，初始热降解温度在267℃，在150℃下加热20min返黄值（ΔYI）为2.2%。
实施例2
（1）将30g棉纤维加到400mL的溶有30g氯乙酸和30g氢氧化钠的醇溶液中加热到90℃反应90min，反应结束后用去离子水洗涤；
（2）将洗涤后的浆料加入去离子水分散后，在20000psi压力下均质2次，制得纳米纤维素（聚合度为500-1000，长度为0.8-4μm）；
（3）用去离子水将纳米纤维素纤维稀释到0.1%的质量浓度后，加入培养皿中在45℃下蒸发干燥，制得超耐折纳米纤维素透明薄膜。厚度为71μm，耐折次数29122次，拉伸强度171MPa，透光率88%，初始热降解温度在282℃，在150℃下加热20min返黄值（ΔYI）为1.9%。
实施例3
（1）将30g的阔叶木纤维加到溶有10g氯乙酸和10g氢氧化钠的醇溶液中加热到80℃反应90min，反应结束后用去离子水洗涤；
（2）将洗涤后的浆料加入去离子水分散后，在20000psi压力下均质2次，制得纳米纤维素（聚合度为500-1000，长度为0.8-4μm）；
（3）用去离子水将纳米纤维素纤维稀释到0.1%的质量浓度后，加入培养皿中在45℃下蒸发干燥，制得超耐折纳米纤维素透明薄膜。厚度为60μm，耐折次数22332次，拉伸强度162MPa，透光率92%，初始热降解温度在264℃，在150℃下加热20min返黄值（ΔYI）为2.6%。
实施例4
（1）将30g的针叶木纤维加到400mL的溶有15g氯乙酸和15g氢氧化钠的醇溶液中加热到100℃反应90min，反应结束后用去离子水洗涤；
（2）将洗涤后的浆料加入去离子水分散后，在20000psi压力下均质2次，制得纳米纤维素（聚合度为500-1000，长度为0.8-4μm）；
（3）用去离子水将纳米纤维素纤维稀释到0.15%的质量浓度后，加入培养皿中在55℃下蒸发干燥，制得超耐折纳米纤维素透明薄膜。厚度为60μm，耐折次数26366次，拉伸强度180MPa，透光率92%，初始热降解温度在265℃，在150℃下加热20min返黄值（ΔYI）为2.2%。
实施例5
（1）将30g针叶木纤维加到400mL的溶有20g氯乙酸和20g氢氧化钠的醇溶液中加热到100℃反应60min，反应结束后用去离子水洗涤；
（2）将洗涤后的浆料加入去离子水分散后，在20000psi压力下均质2次，制得纳米纤维素（聚合度为500-1000，长度为0.8-4μm）；
（3）用去离子水将纳米纤维素纤维稀释到0.15%的质量浓度后，加入培养皿中在55℃下蒸发干燥，制得超耐折纳米纤维素透明薄膜。厚度为63μm，耐折次数23921次，拉伸强度177MPa，透光率93%，初始热降解温度在264℃，在150℃下加热20min返黄值（ΔYI）为2.3%。
实施例6
（1）将30g棉纤维加到400mL的溶有30g氯乙酸和30g氢氧化钠的醇溶液中加热到90℃反应90min，反应结束后用去离子水洗涤；
（2）将洗涤后的浆料加入去离子水分散后，在10000psi压力下均质2次，制得纳米纤维素（聚合度为500-1000，长度为0.8-4μm）；
（3）用去离子水将纳米纤维素纤维稀释到0.2%的质量浓度后，加入培养皿中在55℃下蒸发干燥，制得超耐折纳米纤维素透明薄膜。厚度为63μm，耐折次数30000次，拉伸强度189MPa，透光率91%，初始热降解温度在268℃，在150℃下加热20min返黄值（ΔYI）为2.2%。
实施例7
（1）将30g棉纤维加到400mL的溶有30g氯乙酸和30g氢氧化钠的醇溶液中加热到90℃反应90min，反应结束后用去离子水洗涤；
（2）将洗涤后的浆料加入去离子水分散后，在30000psi压力下均质3次，制得纳米纤维素（聚合度为500-1000，长度为0.8-4μm）；
（3）用去离子水将纳米纤维素纤维稀释到0.2%的质量浓度后，加入培养皿中在55℃下蒸发干燥，制得超耐折纳米纤维素透明薄膜。厚度为58μm，耐折次数26102次，拉伸强度171MPa，透光率94%，初始热降解温度在255℃，在150℃下加热20min返黄值（ΔYI）为2.6%。

Claims (10)

1.一种超耐折纳米纤维素薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将纤维加到溶有氯乙酸和氢氧化钠的醇溶液中进行羧甲基化改性；
（2）羧甲基化改性后的纤维加入水分散后，经高压均质处理，制得纳米纤维素；
（3）用水将纳米纤维素稀释后，加入培养皿中蒸发干燥，制得超耐折纳米纤维素薄膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的纤维为木材、棉或麻。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的羧甲基化改性的温度为70-90℃，时间为60-90min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的羧甲基化后纤维的聚合度为600-2700。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述均质的压力为10000-30000psi。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的纳米纤维素的聚合度为500-1500。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的纳米纤维素的长度为0.8-4μm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，纳米纤维素稀释后的浓度为0.05-0.2%。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述干燥的温度为30-55℃。
10.由权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的一种超耐折纳米纤维素薄膜，其特征在于：该纳米纤维素薄膜的耐折次数为20000-40000次，拉伸强度为150-220 MPa，透光率＞90%，而且初始热降解温度在250℃以上，在150℃下加热20min返黄值小于3%。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109970872A (zh) * 2017-12-28 2019-07-05 上海凯矜新材料科技有限公司 制备纤维素纳米纤维的方法
CN114409811A (zh) * 2021-12-21 2022-04-29 浙江金昌特种纸股份有限公司 一种可在高盐环境中稳定分散的纳米纤维素及其制备方法
CN115323826A (zh) * 2022-08-26 2022-11-11 华南理工大学 一种强韧型高透光率纸张及其制备方法与应用

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0872234A2 (de) * 1997-04-16 1998-10-21 Röhm Gmbh Laminare Arzneiform
CA2298214A1 (en) * 1999-02-10 2000-08-10 Pfizer Products Inc. Pharmaceutical solid dispersions
CN1555501A (zh) * 2000-10-20 2004-12-15 富士胶片株式会社 具有受控的延迟和厚度的乙酸纤维素薄膜
CN103422379A (zh) * 2013-08-19 2013-12-04 南京林业大学 一种甘蔗渣纤维素纳米纤维膜的制备方法
CN104867621A (zh) * 2015-04-28 2015-08-26 上海大学 纳米纤维素/银纳米线复合的柔性透明导电纸的制备方法
CN105070522A (zh) * 2015-08-31 2015-11-18 南京林业大学 石墨烯/二氧化钛纳米管制备柔性弯曲可折叠薄膜电极
CN106633200A (zh) * 2016-12-16 2017-05-10 齐齐哈尔大学 一种羧甲基纤维素纳米复合膜的制备方法
JP6351821B1 (ja) * 2017-12-07 2018-07-04 日本製紙株式会社 カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの製造方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0872234A2 (de) * 1997-04-16 1998-10-21 Röhm Gmbh Laminare Arzneiform
CA2298214A1 (en) * 1999-02-10 2000-08-10 Pfizer Products Inc. Pharmaceutical solid dispersions
CN1555501A (zh) * 2000-10-20 2004-12-15 富士胶片株式会社 具有受控的延迟和厚度的乙酸纤维素薄膜
CN103422379A (zh) * 2013-08-19 2013-12-04 南京林业大学 一种甘蔗渣纤维素纳米纤维膜的制备方法
CN104867621A (zh) * 2015-04-28 2015-08-26 上海大学 纳米纤维素/银纳米线复合的柔性透明导电纸的制备方法
CN105070522A (zh) * 2015-08-31 2015-11-18 南京林业大学 石墨烯/二氧化钛纳米管制备柔性弯曲可折叠薄膜电极
CN106633200A (zh) * 2016-12-16 2017-05-10 齐齐哈尔大学 一种羧甲基纤维素纳米复合膜的制备方法
JP6351821B1 (ja) * 2017-12-07 2018-07-04 日本製紙株式会社 カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの製造方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
余森海 等: "高强度透明纳米纤维素纸的制备与性能表征", 《功能材料》 *
林旷野等: "纳米纤维素在制浆造纸工业中的应用研究", 《中国造纸》 *
胡月 等: "高强度透明纳米纤维素膜的制备及性能研究", 《纤维素科学与技术》 *
邝守敏 等: "《制浆工艺及设备》", 31 January 2008, 中国轻工业出版社 *
陈港等: "透明纸基材料的研究与应用", 《中国造纸》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109970872A (zh) * 2017-12-28 2019-07-05 上海凯矜新材料科技有限公司 制备纤维素纳米纤维的方法
CN114409811A (zh) * 2021-12-21 2022-04-29 浙江金昌特种纸股份有限公司 一种可在高盐环境中稳定分散的纳米纤维素及其制备方法
CN115323826A (zh) * 2022-08-26 2022-11-11 华南理工大学 一种强韧型高透光率纸张及其制备方法与应用

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