CN112878101A - 纤维素透明纸及其粘合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纤维素透明纸及其粘合方法。纤维素透明纸的粘合方法包括如下步骤：提供至少两张纤维素透明纸，将至少两张纤维素透明纸中需要粘合的部分拼接，使待贴合的界面贴合，得到贴合好的至少两张纤维素透明纸；以及将贴合好的至少两张纤维素透明纸浸入碱性溶液中，反应完全之后去除残留的碱性溶液，干燥之后得到粘合的纤维素透明纸。上述纤维素透明纸的粘合方法能够在不使用粘合剂的情况下快速地实现纤维素透明纸之间的高效自粘合，不仅避免了对环境造成不利影响，还能够得到具有高透明度、性质均一的材料，从而能够解决在纤维素透明纸制备以及使用的过程中可能出现的破损问题，进一步降低生产以及使用成本，拓宽纤维素透明纸的适用范围。
Description
技术领域
本发明涉及纤维素透明纸技术领域，特别是涉及一种纤维素透明纸及其粘合方法。
背景技术
人们利用纸浆制备透明纸已有150多年的历史，而如今人类的环保意识逐渐增强，纤维素纸材料也得到了越来越多的应用。纤维素透明纸的原材料来源十分广泛，而且纤维素透明纸具有优异的透明度、良好的力学性能和阻隔性能，还具有可生物降解的优点，因此，纤维素透明纸在包装、太阳能电池、显示器以及柔性电极等领域均具有广泛的应用前景。
目前纤维素透明纸的制备方式越来越多，且功能也越来越丰富，然而在纤维素透明纸的使用，针对有可能出现的透明纸破损问题，一直鲜有研究。传统的纤维素透明纸张粘合方法为利用粘合剂粘合纸张。粘合剂的作用机理是：粘合剂涂在纤维素透明纸的纸张表面后，进入到纤维当中，粘合剂分子与纤维素分子之间形成氢键的作用，从而粘合到一起。然而，纸张使用粘合剂的部分与未使用粘合剂的纸张部分会明显不一致，因此粘合剂的使用会破坏纤维素透明纸整体的均一性。此外，粘合剂的成分复杂，且多含有有机高分子物质，对环境会有一定影响，不利于广泛应用。
发明内容
基于此，有必要针对如何避免破坏纤维素透明纸整体均一性且避免对环境造成不利影响的问题，提供一种纤维素透明纸及其粘合方法。
一种纤维素透明纸的粘合方法，包括如下步骤：
提供至少两张纤维素透明纸，将所述至少两张纤维素透明纸中需要粘合的部分拼接，使待贴合的界面贴合，得到贴合好的至少两张纤维素透明纸；以及
将所述贴合好的至少两张纤维素透明纸浸入碱性溶液中，反应完全之后去除残留的碱性溶液，干燥之后得到粘合的纤维素透明纸。
与传统的利用粘合剂粘合纸张的方法相比，本发明技术方案的纤维素透明纸的粘合方法能够在不使用粘合剂的情况下快速地实现纤维素透明纸之间的高效自粘合，不仅避免了对环境造成不利影响，还能够得到具有高透明度、性质均一的材料，从而能够解决在纤维素透明纸制备以及使用的过程中可能出现的破损问题，进一步降低生产以及使用成本，拓宽纤维素透明纸的适用范围。
在其中一个实施例中，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液。
在其中一个实施例中，所述碱性溶液的质量百分比浓度大于或者等于18％。
在其中一个实施例中，所述碱性溶液的质量百分比浓度为18％～50％。
在其中一个实施例中，去除残留的碱性溶液的操作为：采用乙醇和去离子水的混合溶液清洗去除残留的碱性溶液。
在其中一个实施例中，所述有机溶剂为乙醇和去离子水的混合溶液中，乙醇的质量百分比浓度为10％～70％。
在其中一个实施例中，干燥的操作为：将所述贴合好的至少两张纤维素透明纸浸入碱性溶液中之前，还包括对所述贴合好的至少两张纤维素透明纸进行固定的步骤。
在其中一个实施例中，所述贴合好的至少两张纤维素透明纸中，至少两张纤维素透明纸完全重合。此时，至少两张纤维素透明纸粘合之后得到的纤维素透明纸整体的厚度为这些纤维素透明纸厚度的总和，这样可以通过本实施方式的纤维素透明纸的粘合方法得到厚度较大的纤维素透明纸。
在其中一个实施例中，所述贴合好的至少两张纤维素透明纸中，至少两张纤维素透明纸部分重合。这样可以通过本实施方式的纤维素透明纸的粘合方法得到平面尺寸较大的纤维素透明纸或者得到修补后的纤维素透明纸。
一实施方式的纤维素透明纸，采用上述任一的纤维素透明纸的粘合方法粘合得到。
采用上述纤维素透明纸的粘合方法能够在不使用粘合剂的情况下快速地实现纤维素透明纸之间的高效自粘合，自粘合后的纤维素透明纸不含其它物质，可生物降解，十分绿色环保，避免了对环境造成不利影响。此外，粘合得到的纤维素透明纸具有高透明度、性质均一的优点，可见光范围内透明度可达80％～90％，从而能够解决在纤维素透明纸制备以及使用的过程中可能出现的破损问题，进一步降低生产以及使用成本，拓宽纤维素透明纸的适用范围。
附图说明
图1为实施例1制备的纤维素透明纸的扫描电镜(SEM)图；
图2为实施例1制备的纤维素透明纸的光学透明度和雾度的示意图；
图3为实施例2制备的纤维素透明纸的扫描电镜(SEM)图；
图4为实施例2制备的纤维素透明纸的光学透明度和雾度的示意图；
图5为实施例3制备的纤维素透明纸的扫描电镜(SEM)图；
图6为实施例3制备的纤维素透明纸的光学透明度和雾度的示意图；
图7为实施例4制备的纤维素透明纸的扫描电镜(SEM)图；
图8为实施例4制备的纤维素透明纸的光学透明度和雾度的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明中术语“透明度”指的是是透光的程度，从光学上面来说，通常用透过的光通量与其入射光通量的百分率表示。
“雾度”指的是透明或半透明材料的内部或表面由于光漫射造成的云雾状或混浊的外观，以漫射的光通量与透过材料的光通量之比的百分率表示。
本发明一实施方式的纤维素透明纸的粘合方法，包括如下步骤：
S10、提供至少两张纤维素透明纸，将至少两张纤维素透明纸中需要粘合的部分拼接，使待贴合的界面贴合，得到贴合好的至少两张纤维素透明纸。
其中，纤维素透明纸可以采用现有的任意制备方法制备得到。至少两张纤维素透明纸指的是，纤维素透明纸的张数为至少两张，例如可以为两张、三张、四张、五张或者五张以上等。
在其中一个实施例中，贴合好的至少两张纤维素透明纸中，至少两张纤维素透明纸完全重合。此时，至少两张纤维素透明纸粘合之后得到的纤维素透明纸整体的厚度为这些纤维素透明纸厚度的总和，这样可以通过本实施方式的纤维素透明纸的粘合方法得到厚度较大的纤维素透明纸。
在其中一个实施例中，贴合好的至少两张纤维素透明纸中，至少两张纤维素透明纸部分重合。其中，至少两张纤维素透明纸部分重合可以理解为至少两张纤维素透明纸在任意位置处重合，可以为纤维素透明纸的边缘位置、中间位置或者其他位置。例如，至少两张纤维素透明纸的边缘拼接后重合，这样可以通过本实施方式的纤维素透明纸的粘合方法得到平面尺寸较大的纤维素透明纸；或者，其中一张纤维素透明纸破损，将另外的纤维素透明纸贴合在破损位置后部分重合，这样可以通过本实施方式的纤维素透明纸的粘合方法得到修补后的纤维素透明纸。
S20、将贴合好的至少两张纤维素透明纸浸入碱性溶液中，反应完全之后去除残留的碱性溶液，干燥之后得到粘合的纤维素透明纸。
将贴合好的至少两张纤维素透明纸浸入碱性溶液中的操作为：提供玻璃器皿，先将贴合好的至少两张纤维素透明纸置于上述反应器皿中，之后缓慢加入碱性溶液，直至淹没贴合好的至少两张纤维素透明纸；或者提供反应器皿，先加入碱性溶液，之后将贴合好的至少两张纤维素透明纸置于反应器皿内的碱性溶液中。也就是说，将贴合好的至少两张纤维素透明纸与碱性溶液分别加入反应器皿中的先后顺序不限。
纤维素透明纸与碱性溶液反应之前，自然界中的天然纤维素晶型为纤维素Ⅰ，纤维素Ⅰ的分子链为平行排列。纤维素透明纸浸入碱性溶液中之后，经碱性溶液处理转变为纤维素Ⅱ，纤维素Ⅱ的分子链为反平行，从外观上看，纤维素Ⅱ为螺旋形。
进一步地，自粘合透明纸的形成基于两个条件：一是纤维素Ⅰ在碱性溶液中出现溶胀的现象，二是纤维素晶型的转变。纤维素透明纸浸入碱性溶液中，首先发生溶胀，使得碱性溶液的溶质渗入到结晶区晶面，与纤维素分子形成水合结晶化合物，纤维素Ⅰ晶面间距增大，晶面发生变形或破坏，部分形成无定形结构。清洗去除碱性溶液后，部分区域形成反平行链结构，形成纤维素Ⅱ。在纤维素Ⅰ向纤维素Ⅱ转变的过程中，纤维扭转，同时由于溶胀现象，贴合位置的纸张变厚，纸张表面纤维活动空间变大，纤维之间便会发生缠绕，从而能够形成粘合在一起的效果。
此外，步骤S20中，纤维素透明纸与碱性溶液反应使纤维素变形的过程很快，通常几秒内就可以完成。判断处理结束的依据有以下两点：一是通过肉眼判断纤维素透明纸的纸张是否粘合在一起，如果纸张粘合在一起，表明处理结束；如果纸张未粘合在一起，则表明处理未结束；二是半纤维素遇碱时会变成黄色，当碱性溶液中纸张呈现透明的黄色时处理结束，当碱性溶液中的纸张未呈现透明的黄色则表明处理未结束。
在其中一个实施例中，碱性溶液为氢氧化钠溶液。其中，NaOH和纤维素的反应如下：
具体的，纤维素透明纸浸入氢氧化钠溶液中，首先发生溶胀，使得氢氧化钠渗入到结晶区晶面，与纤维素分子形成水合结晶化合物，纤维素Ⅰ晶面间距增大，晶面发生变形或破坏，部分形成无定形结构。清洗去除氢氧化钠后，部分区域形成反平行链结构，形成纤维素Ⅱ。在纤维素Ⅰ向纤维素Ⅱ转变的过程中，纤维扭转，同时由于溶胀现象，贴合位置的纸张变厚，纸张表面纤维活动空间变大，纤维之间便会发生缠绕，从而能够形成粘合在一起的效果。
在其中一个实施例中，碱性溶液的质量百分比浓度大于或者等于18％。当碱性溶液的质量百分比浓度大于或者等于18％时，能够起到更好的粘合效果。
在其中一个实施例中，碱性溶液的质量百分比浓度为18％～50％。此时碱性溶液的质量百分比浓度较为合理，既能够起到良好的粘合效果，又避免碱性溶液的浪费。更优地，碱性溶液的质量百分比浓度为18％～30％。
在其中一个实施例中，去除残留的碱性溶液的操作为：采用乙醇和去离子水的混合溶液清洗去除残留的碱性溶液。乙醇能够快速溶解残留的碱性溶液，且能够快速挥发，这样清洗的效果最佳，能够将残留的碱性溶液充分去除。
在其中一个实施例中，乙醇和去离子水的混合溶液中，乙醇的质量百分比浓度为10％～70％。
在其中一个实施例中，将贴合好的至少两张纤维素透明纸浸入碱性溶液中之前，还包括对贴合好的至少两张纤维素透明纸进行固定的步骤。能够避免后续反应过程中纤维素透明纸移动而影响粘合效果。
其中，可以采用任意干燥方式对纤维素透明纸进行干燥。在干燥的过程中，还可以将滤纸滤膜覆盖于粘合前的至少两张纤维素透明纸上，轻压使纸张干燥过程中保持平整不皱缩，直至纸张干燥，干燥的时间为1h～6h。
与传统的利用粘合剂粘合纸张的方法相比，本发明技术方案的纤维素透明纸的粘合方法能够在不使用粘合剂的情况下快速地实现纤维素透明纸之间的高效自粘合，不仅避免了对环境造成不利影响，还能够得到具有高透明度、性质均一的材料，从而能够解决在纤维素透明纸制备以及使用的过程中可能出现的破损问题，进一步降低生产以及使用成本，拓宽纤维素透明纸的适用范围。此外，本发明技术方案的纤维素透明纸的粘合方法的流程简单，操作工艺简单，成本低，制备过程中的溶剂可以多次使用。
本发明一实施方式的纤维素透明纸，采用上述任一的纤维素透明纸的粘合方法粘合得到。
采用上述纤维素透明纸的粘合方法能够在不使用粘合剂的情况下快速地实现纤维素透明纸之间的高效自粘合，自粘合后的纤维素透明纸不含其它物质，可生物降解，十分绿色环保，避免了对环境造成不利影响。此外，粘合得到的纤维素透明纸具有高透明度、性质均一的优点，可见光范围内透明度可达80％～90％，从而能够解决在纤维素透明纸制备以及使用的过程中可能出现的破损问题，进一步降低生产以及使用成本，拓宽纤维素透明纸的适用范围。
参照上述实施内容，为了使得本申请的技术方案更加具体清楚、易于理解，现对本申请技术方案进行举例，但是需要说明的是，本申请所要保护的内容不限于以下实施例1～6。
实施例1
取厚度为0.2mm的椴木板，掰成宽约1cm、长约4cm的长条，在室温下置于质量百分比浓度为9％的次氯酸钠溶液中5h，待木质素去除之后，用乙醇和去离子水的混合溶液清洗干净，并在去离子水中搅拌得纤维素溶液，取少量纤维素溶液经真空抽滤与自然干燥得厚度为150μm的纤维素透明纸。取两张直径为4cm的圆形纤维素透明纸重合叠放于培养皿中，慢慢加质量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液至淹没纸张，取出样品之后用乙醇和去离子水的混合溶液清洗干净，放在PET板上，并依次叠放滤膜滤纸，更换滤纸吸去水分，时间为5h，温度为20℃，得到粘合的纤维素透明纸。
对实施例1制得的纤维素透明纸进行扫描电镜表征，得到图1。由图1可以看出，实施例1制得的纤维素透明纸整体较均一，且无界面，表明采用实施例1的粘合方法的粘合效果好。
测试实施例1制得的纤维素透明纸的光学透明度和雾度，得到图2。由图2可以看出，实施例1制得的纤维素透明纸的透明度可达80％以上，雾度低于40％，表明采用实施例1的粘合方法能够得到高透明度的纤维素透明纸。
实施例2
将竹子切成高约6cm的块状，置于氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中水浴加热10h，其中，氢氧化钠与亚硫酸钠的质量百分比浓度分别为11％与2.7％，水浴温度为99摄氏度，以部分去除木质素。将样品清洗干净，用质量百分比浓度为30％的过氧化氢溶液处理，水浴加热温度为99摄氏度，保温5h，用乙醇和去离子水的混合溶液清洗干净，在去离子水中搅拌得纤维素溶液，取少量溶液经真空抽滤与自然干燥得厚度为150μm的纤维素透明纸。取两张直径为4cm的圆形纤维素透明纸重合叠放于培养皿中，加质量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液至淹没纸张，取出样品之后用乙醇和去离子水的混合溶液清洗干净，放在PET板上，并依次叠放滤膜滤纸，更换滤纸吸去水分，时间为1h，温度为25℃，得到粘合的纤维素透明纸。
对实施例2制得的纤维素透明纸进行扫描电镜表征，得到图3。由图3可以看出，实施例2制得的纤维素透明纸整体较均一，且无界面，表明采用实施例2的粘合方法的粘合效果好。
测试实施例2制得的纤维素透明纸的光学透明度和雾度，得到图4。由图4可以看出，实施例2制得的纤维素透明纸的透明度可达80％以上，雾度低于60％，表明采用实施例2的粘合方法能够得到高透明度的纤维素透明纸。
实施例3
将干枯的桂花树枝去皮，切成长约5cm～6cm的小段，置于氢氧化钠与亚硫酸钠的混合溶液中水浴加热8h，其中，氢氧化钠与亚硫酸钠的质量百分比浓度分别为11％与2.7％，水浴温度为99摄氏度，以部分去除木质素。将样品清洗干净，用质量百分比浓度为30％的过氧化氢溶液处理，水浴加热5h，温度为99摄氏度，用乙醇和去离子水的混合溶液清洗干净，在去离子水中搅拌得纤维素溶液，取少量溶液经真空抽滤与自然干燥得厚度为150μm的纤维素透明纸。取两张直径为4cm的圆形纤维素透明纸叠放于培养皿中，加质量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液至淹没纸张，取出样品之后用乙醇和去离子水的混合溶液清洗干净，放在PET板上，并依次叠放滤膜滤纸，更换滤纸吸去水分，时间为2h，温度为22℃，得到粘合的纤维素透明纸。
对实施例3制得的纤维素透明纸进行扫描电镜表征，得到图5。由图5可以看出，实施例3制得的纤维素透明纸整体较均一，且无界面，表明采用实施例3的粘合方法的粘合效果好。
测试实施例3制得的纤维素透明纸的光学透明度和雾度，得到图6。由图6可以看出，实施例3制得的纤维素透明纸的透明度可达80％以上，雾度低于60％，表明采用实施例3的粘合方法能够得到高透明度的纤维素透明纸。
实施例4
将小麦秸秆剪成长约3cm的小段，置于氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中水浴加热6h，氢氧化钠与亚硫酸钠的质量百分比浓度分别为11％与2.7％，温度为99摄氏度，以部分去除木质素。取出样品清洗干净，置于质量百分比浓度为30％的过氧化氢溶液中，水浴加热煮5h，温度为99摄氏度，木质素去除后用乙醇和去离子水的混合溶液清洗干净样品，在去离子水中搅拌得纤维素溶液，取少量溶液经真空抽滤与自然干燥得厚度为120μm的纤维素透明纸。取两张直径为4cm的圆形纤维素透明纸叠放于培养皿中，加质量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液至淹没纸张，取出样品之后用乙醇和去离子水的混合溶液清洗干净，放在PET板上，并依次叠放滤膜滤纸，更换滤纸吸去水分，时间为1h，温度为21℃，得到粘合的纤维素透明纸。
对实施例4制得的纤维素透明纸进行扫描电镜表征，得到图7。由图7可以看出，实施例4制得的纤维素透明纸整体较均一，且无界面，表明采用实施例4的粘合方法的粘合效果好。
测试实施例4制得的纤维素透明纸的光学透明度和雾度，得到图8。由图8可以看出，实施例4制得的纤维素透明纸的透明度可达80％以上，雾度低于40％，表明采用实施例4的粘合方法能够得到高透明度的纤维素透明纸。
实施例5
将稻草秸秆剪成长约3cm的小段，置于氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中水浴加热3h，氢氧化钠与亚硫酸钠的质量百分比浓度分别为11％与2.7％，温度为99摄氏度，以部分去除木质素。取出样品清洗干净，置于质量百分比浓度为30％的过氧化氢溶液中，水浴加热煮5h，温度为99摄氏度，木质素去除后用乙醇和去离子水的混合溶液清洗干净样品，在去离子水中搅拌得纤维素溶液，取少量溶液经真空抽滤与自然干燥得厚度为150μm的纤维素透明纸。取两张直径为4cm的圆形纤维素透明纸叠放于培养皿中，加质量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液至淹没纸张，取出样品之后用乙醇和去离子水的混合溶液清洗干净，放在PET板上，并依次叠放滤膜滤纸，更换滤纸吸去水分，时间为2h，温度为24℃，得到粘合的纤维素透明纸。
实施例6
将竹块粉碎，置于氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中水浴加热10h，氢氧化钠与亚硫酸钠的质量百分比浓度分别为11％与2.7％，水浴温度为99摄氏度，以部分去除木质素，将样品清洗干净，用质量百分比浓度为30％的过氧化氢溶液处理，水浴加热温度为99摄氏度，保温5h，用乙醇和去离子水的混合溶液将所得样品清洗干净。在去离子水中搅拌得纤维素溶液，取少量溶液经真空抽滤与自然干燥得厚度为150μm的纤维素透明纸。取五张直径为4cm的圆形纤维素透明纸叠放成五环形状于培养皿中，加质量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液至淹没纸张，用PET膜取出样品，之后用乙醇和去离子水的混合溶液清洗干净，依次叠放滤膜滤纸，更换滤纸吸去水分，时间为4h，温度为20℃，水分去除之后得到成五环形状的纤维素透明纸，其中重叠的部分粘合。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种纤维素透明纸的粘合方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供至少两张纤维素透明纸，将至少两张纤维素透明纸中需要粘合的部分拼接，使待贴合的界面贴合，得到贴合好的至少两张纤维素透明纸；以及
将所述贴合好的至少两张纤维素透明纸浸入碱性溶液中，反应完全之后去除残留的碱性溶液，干燥之后得到粘合的纤维素透明纸。
2.根据权利要求1所述的纤维素透明纸的粘合方法，其特征在于，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液。
3.根据权利要求1所述的纤维素透明纸的粘合方法，其特征在于，所述碱性溶液的质量百分比浓度大于或者等于18％。
4.根据权利要求3所述的纤维素透明纸的粘合方法，其特征在于，所述碱性溶液的质量百分比浓度为18％～50％。
5.根据权利要求1所述的纤维素透明纸的粘合方法，其特征在于，去除残留的碱性溶液的操作为：采用乙醇和去离子水的混合溶液清洗去除残留的碱性溶液。
6.根据权利要求5所述的纤维素透明纸的粘合方法，其特征在于，所述乙醇和去离子水的混合溶液中，乙醇的质量百分比浓度为10％～70％。
7.根据权利要求1所述的纤维素透明纸的粘合方法，其特征在于，将所述贴合好的至少两张纤维素透明纸浸入碱性溶液中之前，还包括对所述贴合好的至少两张纤维素透明纸进行固定的步骤。
8.根据权利要求1所述的纤维素透明纸的粘合方法，其特征在于，所述贴合好的至少两张纤维素透明纸中，至少两张纤维素透明纸完全重合。
9.根据权利要求1所述的纤维素透明纸的粘合方法，其特征在于，所述贴合好的至少两张纤维素透明纸中，至少两张纤维素透明纸部分重合。
10.一种纤维素透明纸，其特征在于，采用权利要求1～9中任一项所述的纤维素透明纸的粘合方法粘合得到。
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