CN114753175A - 高透光率高雾度纤维素膜的制备方法 - Google Patents

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杨轲元
路思远
姚恪晗
张一波
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Abstract

本发明公开了一种高透光率高雾度纤维素薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1，制备疏解浆料；步骤2，对步骤1制备的疏解浆料调节打浆度，并对调节打浆度后的浆料平衡水分；步骤3，根据步骤2平衡水分后的浆料制备纤维素膜。本发明通过PFI磨浆工艺改变浆料的打浆度，进而改变纤维的长度和宽度，调节纤维素薄膜的透光率和雾度。

Description

高透光率高雾度纤维素膜的制备方法
技术领域
本发明属于纤维素膜制备技术领域，涉及一种高透光率高雾度纤维素膜的制备方法。
背景技术
特种纸是造纸工业领域的高新技术产品，目前已发展成为包装、信息、生物、电气、电子、建筑、建材、装饰、军工、高端装备、现代物流等行业不可缺少的基础材料，已应用于工业、农业、医疗、食品、物流等领域。纤维素雾度薄膜是一类新型的特种纸，拥有独特的光学性质，如光能捕获、光束整形及光扩散等，在太阳能电池、液晶显示器、固态照明等领域有着广泛应用价值。与无机雾度材料相比，纤维素雾度薄膜因其质轻、柔软性好、易加工等优点而备受关注。
目前，人们常用的雾度材料仍然是传统的石油基雾度材料(例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯等)，在材料加工和成型过程中使用机械打磨和雾度模具等方法改变材料表面粗糙度，赋予其一定的光学雾度。然而，现有石油基雾度材料仍不能克服透光-雾度此消彼长的难题，并且回收降解困难、热膨胀系数较高，生态环境日益恶化，严重限制了它的发展和应用。
纤维素作为地球上储量最丰富的天然高分子材料，拥有可生物降解、机械强度强、热膨胀系数极低、成本低等优点，因而利用纤维素制备高透光高雾度的光功能材料变得十分有意义。研究人员发现，由纳米纤维素制备的纳米纤维素薄膜具有高透光性、高机械强度和极低的热膨胀系数，但其在生产中仍存在一些不足，例如滤水成型慢、制备成本高、雾度值无法持续调控等。因此突破现有透光率及雾度的调节方案，研究新型调控技术迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是提供一种高透光率高雾度纤维素膜的制备方法，该方法通过PFI磨浆工艺改变浆料的打浆度，进而改变纤维的长度和宽度，调节纤维素薄膜的透光率和雾度。
本发明所采用的技术方案是，高透光率高雾度纤维素薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，制备疏解浆料；
步骤2，对步骤1制备的疏解浆料调节打浆度，并对调节打浆度后的浆料平衡水分；
步骤3，根据步骤2平衡水分后的浆料制备纤维素膜。
本发明的特点还在于：
步骤1的具体过程为：称取绝干质量为25～35g的纤维原料并放入水中浸泡11～13h，然后使用疏解机对已浸泡完成的浆料疏解4500～5500r，得到疏解浆料。
步骤2的具体过程为：向步骤1所得的疏解浆料中加水调节浆料浓度，并使用磨浆机对浆料进行研磨，通过控制磨浆转数制备出打浆度为60～90°SR的浆料，并将浆料装入密封袋中在室温下平衡水分22～26h。
步骤2中，向疏解浆料加水后调节浆料浓度为10％。
步骤3的具体过程为：确定抄纸张定量，并使用疏解机对步骤2平衡水分后的浆料进行疏解9900～11000r，随后真空抽滤得到样品纸，使用玻璃板对样品纸按压14～16min，然后在100～110℃真空干燥6～8min后得到纤维素膜。
本发明的有益效果如下：
1.本发明选用环保可再生可降解的纤维原料制备出光功能薄膜材料，解决了现有石油基材料污染大、不可降解等问题；
2.本发明选择调节传统制浆造纸成膜工艺当中的参数(打浆度)，借助打浆度对纤维长度和宽度的影响调节薄膜性能，改善其透光率及雾度，为光学器件透光率及雾度的调控提供新思路；
3.本发明提供的高透光高雾度纤维素薄膜材料可广泛应用于OLED照明及显示、太阳能电池板等电子领域，促进相关领域的发展。
附图说明
图1为本发明高透光率高雾度纤维素薄膜的制备方法实施例1～4不同打浆度纤维素薄膜的透光光谱图案；
图2为本发明高透光率高雾度纤维素薄膜的制备方法实施例1～4不同打浆度纤维素薄膜的雾度光谱图案。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明高透光率高雾度纤维素薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，浆料的疏解：
称取质量为m的植物纤维原料并放入100～110℃烘箱加热干燥3～5h后，称取干燥后的植物纤维原料为m1，利用如下公式(1)计算植物纤维原料的含水率MC1，根据计算的含水率MC1，称取绝干质量为25～35g的纤维原料并放入水中浸泡11～13h，然后使用疏解机对已浸泡完成的浆料疏解4500～5500r，得到疏解浆料；
MC1＝(m-m1)/m1 (1)。
步骤2，对步骤1所得的疏解浆料调节打浆度，并重新计算浆料的含水率，具体为：
疏解完成后，加水将疏解浆料的浓度调整为10％，使用PFI型磨浆机对浆料进行研磨，通过控制磨浆转数制备出打浆度为60～90°SR的浆料；研磨完成后，将上述打浆度的浆料装入密封袋中在室温下平衡水分22～26h。平衡水分后，称取平衡水分后浆料的质量为n，将平衡水分后的浆料放入100～110℃烘箱加热干燥3～5h后，再次称取浆料的质量为n1，利用如下公式(2)计算平衡水分后的浆料含水率MC2：
MC2＝(n-n1)/n1 (2)。
步骤3，根据步骤2所得的浆料含水率，称取纤维素膜所需的绝干质量，确定抄纸张定量，并使用疏解机对步骤2平衡水分后的浆料进行疏解9900～11000r，随后真空抽滤得到样品纸，使用玻璃板对样品纸按压14～16min，然后在100～110℃真空干燥6～8min后得到纤维素膜。
实施例1
高透光率高雾度纤维素薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，称取绝干质量为30g的乌针浆板并放入水中浸泡12h，然后使用疏解机对已浸泡完成的浆料疏解5000r，得到疏解浆料；
步骤2，向步骤1疏解后的浆料中加水，将浆料浓度调整为10％，使用PFI型磨浆机对浆料进行研磨，通过控制磨浆转数制备出打浆度为60°SR的浆料，研磨完成后，将上述打浆度的浆料装入密封袋中在室温下平衡水分24h。
步骤3，称取纤维素膜所需的绝干质量，确定抄造纸张定量为40g/㎡，并使用疏解机对步骤2平衡水分后的浆料疏解10000r，随后真空抽滤得到样品纸，使用玻璃板对样品纸按压15min，然后对其以105℃真空干燥7min后得到纤维素膜。
实施例2
高透光率高雾度纤维素薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，称取绝干质量为30g的乌针浆板并放入水中浸泡11h，然后使用疏解机对已浸泡完成的浆料疏解4500r，得到疏解浆料；
步骤2，向步骤1疏解后的浆料中加水，将浆料浓度调整为10％，使用PFI型磨浆机对浆料进行研磨，通过控制磨浆转数制备出打浆度为70°SR的浆料，研磨完成后，将上述打浆度的浆料装入密封袋中在室温下平衡水分22h。
步骤3，称取纤维素膜所需的绝干质量，确定抄造纸张定量为40g/㎡，并使用疏解机对步骤2平衡水分后的浆料疏解9900r，随后真空抽滤得到样品纸，使用玻璃板对样品纸按压14min，然后对其以100℃真空干燥6min后得到纤维素膜。
实施例3
高透光率高雾度纤维素薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，称取绝干质量为30g的乌针浆板并放入水中浸泡13h，然后使用疏解机对已浸泡完成的浆料疏解5500r，得到疏解浆料；
步骤2，向步骤1疏解后的浆料中加水，将浆料浓度调整为10％，使用PFI型磨浆机对浆料进行研磨，通过控制磨浆转数制备出打浆度为80°SR的浆料，研磨完成后，将上述打浆度的浆料装入密封袋中在室温下平衡水分26h。
步骤3，称取纤维素膜所需的绝干质量，确定抄造纸张定量为40g/㎡，并使用疏解机对步骤2平衡水分后的浆料疏解11000r，随后真空抽滤得到样品纸，使用玻璃板对样品纸按压16min，然后对其以110℃真空干燥8min后得到纤维素膜。
实施例4高透光率高雾度纤维素薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，称取绝干质量为30g的乌针浆板并放入水中浸泡13h，然后使用疏解机对已浸泡完成的浆料疏解5500r，得到疏解浆料；
步骤2，向步骤1疏解后的浆料中加水，将浆料浓度调整为10％，使用PFI型磨浆机对浆料进行研磨，通过控制磨浆转数制备出打浆度为90°SR的浆料，研磨完成后，将上述打浆度的浆料装入密封袋中在室温下平衡水分26h。
步骤3，称取纤维素膜所需的绝干质量，确定抄造纸张定量为40g/㎡，并使用疏解机对步骤2平衡水分后的浆料疏解11000r，随后真空抽滤得到样品纸，使用玻璃板对样品纸按压16min，然后对其以110℃真空干燥8min后得到纤维素膜。
实施例1～4不同打浆度纸张的透光率测试结果如图1所示。可以看出，在波长800nm可见光激发下，当浆料打浆度从60°SR提高到90°SR，纸张的透光率从66.6％提高到94.2％。这是由于，当浆料打浆度较低时，因为纤维间的孔隙较多，大量的孔隙会造成强烈的背光散射，从而导致纸张的透光率降低；当提高打浆度时，由于纤维上暴露出游离羟基，形成更多的氢键结合，纤维间的孔隙减少，降低了纤维表面和孔隙中空气的接触处对光的背光散射程度，所以纸张的透光率较高。同时，可以观察到，随着打浆度的提高，纤维素薄膜透光率的提高程度逐渐降低，这是由于PFI磨浆对纤维孔隙的影响是有限的。
实施例1～4不同打浆度纸张的雾度测试结果如图2所示。可以看出，在波长800nm的可见光激发下，当浆料打浆度从60°SR提高到90°SR，纸张的雾度从98.2％降低至85.2％。这是由于，当浆料的打浆度较高时，纸张内部纤维间孔隙较少且纤维的尺寸较小，成分较均匀，纤维对光的散射程度并不高，所以纸张的雾度较低；反之，当纸张的打浆度较低时，纤维间孔隙较多且纤维的尺寸相对较大，由于纤维素和孔隙中的空气的折射率的不同会导致纸张对光的散射程度增大，使纸张的雾度较高。
综上所述，打浆度在60°SR～90°SR之间时，透光率和雾度值处于一个相对较高的范围。其中，在波长800nm可见光激发下，打浆度在90°SR时，纤维素薄膜的透光率和雾度值均可以达到90％以上，真正实现高透光率高雾度的纤维素薄膜的制备。

Claims (5)

1.高透光率高雾度纤维素薄膜的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1，制备疏解浆料；
步骤2，对步骤1制备的疏解浆料调节打浆度，并对调节打浆度后的浆料平衡水分；
步骤3，根据步骤2平衡水分后的浆料制备纤维素膜。
2.根据权利要求1所述的高透光率高雾度纤维素薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程为：称取绝干质量为25～35g的纤维原料并放入水中浸泡11～13h，然后使用疏解机对已浸泡完成的浆料疏解4500～5500r，得到疏解浆料。
3.根据权利要求2所述的高透光率高雾度纤维素薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2的具体过程为：向步骤1所得的疏解浆料中加水调节浆料浓度，并使用磨浆机对浆料进行研磨，通过控制磨浆转数制备出打浆度为60～90°SR的浆料，并将浆料装入密封袋中在室温下平衡水分22～26h。
4.根据权利要求3所述的高透光率高雾度纤维素薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，向疏解浆料加水后调节浆料浓度为10％。
5.根据权利要求3所述的高透光率高雾度纤维素薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤3的具体过程为：确定抄纸张定量，并使用疏解机对步骤2平衡水分后的浆料进行疏解9900～11000r，随后真空抽滤得到样品纸，使用玻璃板对样品纸按压14～16min，然后在100～110℃真空干燥6～8min后得到纤维素膜。
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