CN110552242B - 一种雾度可控的高透明纸及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种雾度可控的高透明纸及其制备方法，具体制备方法如下：（1）以分子级纤维素及其衍生物为填充物，提供纸张高的透光率；（2）微米级的木质纤维通过纤维疏解、纸页成型、干燥三道工序，形成三维多孔纤维交织网络结构。以此为骨架，提供纸张优异的光散射性能；（3）借助浸渍或涂布工艺，将步骤（1）中的分子级纤维素及其衍生物与步骤（2）中的三维多孔纤维交织网络按照一定质量比相结合，并通过调控纤维交织网络定量，制备出雾度可控的高透明纸。其可见光区透光率介于86~91%，雾度介于0.5~85%（550纳米波长）之间。该雾度可控高透明纸在LED照明、平板显示、光伏器件领域有潜在的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于纤维素复合薄膜及造纸技术领域，尤其涉及一种雾度可控的高透明纸及其制备方法。
背景技术
由纤维素材料制成的透明薄膜因具有质轻、成本低、柔韧性好、环保等优点，吸引了科学界越来越多的关注。可调控光学雾度是纤维素透明薄膜的一个增强特性，其可作为电子产品的功能组件，这个特点很有可能为纤维素薄膜开创新的机遇。[Zhu H, Fang Z,Preston C, et al. Transparent paper: fabrications, properties, and deviceapplications[J]. Energy & Environmental Science, 2014, 7(1): 269-287.] 现有制备可控雾度的纤维素透明薄膜的方法主要有：（1）通过调整纳米纤维素和TEMPO氧化浆的质量比，实现纤维素透明薄膜的可控雾度 [Fang Z, Zhu H, Bao W, et al. Highlytransparent paper with tunable haze for green electronics[J]. Energy &Environmental Science, 2014, 7(10): 3313-3319.] ；（2）通过调节纳米纤维素（NFC）、纳米微晶纤维素（CNC）之间的比例来实现薄膜的雾度可调控 [Xu X, Zhou J, Jiang L,et al. Highly transparent, low-haze, hybrid cellulose nanopaper as electrodesfor flexible electronics[J]. Nanoscale, 2016, 8(24): 12294-12306.] ；（3）采用有机溶剂分散纳米纤维素，通过调控有机溶剂与水的比例，并将分散液真空过滤后热压干燥，制备得到可控雾度的纤维素透明薄膜 [Hsieh M C, Koga H, Suganuma K, et al. HazyTransparent Cellulose Nanopaper[J]. Scientific Reports, 2017, 7.] 。
但上述方法需要使用纳米纤维素、纳米微晶纤维素，使得到可控雾度的纤维素透明薄膜难以兼顾制备成本。因此开发出低成本、可控雾度的纤维素透明薄膜，不仅有利于推动纤维素透明薄膜的规模化、低成本的制造，同时有助于拓宽纤维素薄膜的应用领域。以分子级纤维素及其衍生物为填充物，提供纸张高的透光率；微米级的木质纤维通过纤维疏解、纸页成型、干燥三道工序，形成三维多孔纤维交织网络结构。以此为骨架，提供纸张优异的光散射性能；最后借助浸渍或涂布工艺，将分子级纤维素及其衍生物与三维多孔纤维交织网络相结合，通过调控纤维交织网络与纤维素或其衍生物之间的质量比，制备出雾度可控的高透明纸。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺点，提供一种雾度可控的高透明纸及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种雾度可控的高透明纸的制备方法，包括以下步骤：
（1）将分子级纤维素或纤维素衍生物溶解于水中，得纤维素或纤维素衍生物溶液，提供纸张高的透光率；
（2）微米级的木质纤维通过纤维疏解、纸页成型、干燥三道工序，形成三维多孔纤维交织网络结构；以此为骨架，提供纸张优异的光散射性能；
（3）借助浸渍或涂布工艺，将步骤（1）中的纤维素或纤维素衍生物溶液与步骤（2）中的三维多孔纤维交织网络相结合，并通过调控纤维交织网络定量，制备出雾度可控的高透明纸。
进一步优化地，步骤（1）所述纤维素衍生物为甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素和羟丙基甲基纤维素中任何一种。其作用是为复合薄膜提供优异的透光率。
进一步优化地，步骤（1）所述纤维素或纤维素衍生物溶液的质量浓度为0.5~2%。
进一步优化地，步骤（1）所述纤维素衍生物的分子量为9000~700000 D。
进一步优化地，步骤（2）所述微米级的木质纤维为针叶木浆、阔叶木浆、非木浆、废纸浆、绒毛浆和棉浆中的任一种。
进一步优化地，步骤（2）所述微米级的木质纤维的打浆度为12~40 °SR。
进一步优化地，步骤（3）所述三维多孔纤维交织网络与纤维素或纤维素衍生物的质量比介于0:1和3:7之间。
进一步优化地，步骤（3）所述三维多孔纤维交织网络的定量为10~80 g/m2。
由以上所述的制备方法制得的一种雾度可控的高透明纸。
进一步优化地，所述高透明纸的可见光区透光率为86~91%，在550纳米波长的雾度为0.5~85%。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）本发明制备雾度可控的高透明纸的方法，成本低，有利于工业化；
（2）本发明制备雾度可控的高透明纸的方法，使用不同定量的三维多孔纤维交织网络控制光散射效应，实现雾度调控，同时保持薄膜的高透明度。
具体实施方式
以下结合具体实例来对本发明作进一步说明，但本发明说要求保护的范围并不局限于实施例所涉及之范围。
下述实施例中，纤维素复合薄膜的透光率和雾度根据GB/T 2410-2008国家标准测定。
实施例1
纤维素衍生物溶液的制备：分别称量8 g分子量为250000 D的甲基纤维素（MC）、792 g去离子水，先将去离子水加入到烧杯中升温至85 ℃，在1000 rpm搅拌速度下加入MC，继续搅拌1 h，冷却至室温，使用滤网进行过滤得到质量浓度为1%的MC溶液。
纤维交织网络结构；疏解针叶木浆（打浆度20 °SR），抄造定量为10 g/m2，风干处理得到纤维交织网络结构。
高透明纸的制备：通过浸渍工艺，73.3 g质量浓度为1%的MC溶液和10 g/m2的纤维交织网络结构按质量比7:3充分结合，得到高透明纸。
通过以上步骤得到的高透明纸，其可见光区透光率为90%，雾度为42.5%（550纳米波长）。
实施例2
纤维素衍生物溶液的制备：分别称量8 g分子量为700000 D的羧甲基纤维素（CMC）、792 g去离子水，先将去离子水加入到烧杯中，在1000 rpm搅拌速度下缓慢加入CMC，继续搅拌升温至72 ℃，时间2 h，冷却至室温，使用滤网进行过滤得到质量浓度为1%的CMC溶液。
高透明纸的制备：纤维交织网络结构质量比为0，采用浇铸法制备得到CMC膜。
通过以上步骤得到的高透明纸，其可见光区透光率为91%，雾度为0.5%（550纳米波长）。
实施例3
纤维素衍生物溶液的制备：分别称量8 g分子量为90000 D的羟乙基纤维素（HEC）、792 g去离子水，将去离子水加入到烧杯中，在1000 rpm搅拌速度下加入HEC，搅拌1 h，使用滤网进行过滤得到质量浓度为1%的HEC溶液。
高透明纸的制备：纤维交织网络结构质量比为0，采用浇铸法制备得到HEC膜。。
通过以上步骤得到的高透明纸，其可见光区透光率为91%，雾度为0.5%（550纳米波长）。
实施例4
纤维素衍生物溶液的制备：分别称量8 g分子量为250000 D的羟丙基纤维素（HPC）、792 g去离子水，将去离子水加入到烧杯中，在1000 rpm搅拌速度下加入HPC搅拌2h，使用滤网进行过滤得到质量浓度为1%的HPC溶液。
纤维交织网络结构；疏解阔叶木浆（打浆度20 °SR），抄造定量为60 g/m2，风干处理得到纤维交织网络结构。
高透明纸的制备：通过浸渍工艺，753.6 g质量浓度为1%的HPC和60 g/m2的纤维交织网络结构按质量比4:1充分结合，得到高透明纸。
通过以上步骤得到的高透明纸，其可见光区透光率为88.5%，雾度为60%（550纳米波长）。
实施例5
纤维素衍生物溶液的制备：分别称量16 g分子量为90000 D的羟丙基甲基纤维素（HPMC）、784 g去离子水，先将去离子水加入到烧杯中，在1000 rpm搅拌速度下缓慢加入HPMC，继续搅拌升温至72 ℃，时间2 h，冷却至室温，使用滤网进行过滤得到质量浓度为2%的HPMC溶液。
纤维交织网络结构；疏解针叶木浆（打浆度20 °SR），抄造定量为70 g/m2，风干处理得到纤维交织网络结构。
高透明纸的制备：通过浸渍工艺，1130.4 g质量浓度为2%的HPMC和70 g/m2的纤维交织网络结构按质量比9:1充分结合，得到高透明纸。
通过以上步骤得到的高透明纸，其可见光区透光率为86%，雾度为85%（550纳米波长）。
Claims (2)
1.一种雾度可控的高透明纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
纤维素衍生物溶液的制备：分别称量16 g分子量为90000 D的羟丙基甲基纤维素、784g去离子水，先将去离子水加入到烧杯中，在1000 rpm搅拌速度下缓慢加入羟丙基甲基纤维素，继续搅拌升温至72 ℃，时间2 h，冷却至室温，使用滤网进行过滤得到质量浓度为2%的羟丙基甲基纤维素溶液；
纤维交织网络结构；疏解针叶木浆，其中，打浆度为20 °SR；抄造定量为70 g/m2，风干处理得到纤维交织网络结构；
高透明纸的制备：通过浸渍工艺，1130.4 g质量浓度为2%的羟丙基甲基纤维素和70 g/m2的纤维交织网络结构按质量比9:1充分结合，得到高透明纸；
通过以上步骤得到的高透明纸，其可见光区透光率为86%，在550纳米波长的雾度为85%。
2.由权利要求1所述的制备方法制得的一种雾度可控的高透明纸。
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