CN115746620B - 一种自脱落可降解材料成膜液及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种自脱落可降解材料成膜液及其制备方法和应用，按照质量份数计，组分包括：大豆分离蛋白5～10份，碱性处理剂1～2份，成膜剂3～8份，溶剂80～90份，增稠剂1～2份。制备方法为：将大豆分离蛋白分散在溶剂中，并加入成膜剂、碱性处理剂和增稠剂，混合均匀，得到自脱落可降解材料成膜液。材料易于降解且成本较低，兼具成膜性和自脱落性能，应用在柔性基底表面功能材料的图案化过程中时，流程简单，安全环保。

Description

一种自脱落可降解材料成膜液及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于天然产物材料技术领域，特别是涉及一种兼具成膜性和自脱落性能的可降解材料成膜液及其制备方法和应用。

背景技术

柔性电子器件由于可以使得电子产品拥有弯曲、折叠等变形能力，因此在可穿戴、传感等多领域受到广泛关注，其制备方法包括在柔性基底表面涂覆功能材料等流程。其中采用掩膜版、丝网印刷等方式的协助，使得涂覆在柔性基底表面的功能材料形成一定的图案，可以进一步提高柔性电子器件的传感、光学透明性等性能。

但是，柔性基底表面功能材料的图案化的实现方式主要包括：通过将光刻胶等光敏材料或其他具有成膜性的材料涂覆在含有功能材料的基底表面；前者通过掩膜版实现光敏材料的选择性固化，随后在经过一系列流程，最终使得功能材料的图案化；后者是借助丝网印刷等方式，使得成膜性材料选择性涂覆在特定区域，随后根据材料特性可用不同方式使得材料成膜，然后机械剥离成膜物。但是现有的制备方式通常会面临高昂的原材料价格或成膜物需人工干预进行脱落等问题，最终带来较高的产品成本、复杂的生产流程、环保等问题。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种自脱落可降解材料成膜液及其制备方法和应用，材料易于降解且成本较低，兼具成膜性和自脱落性能，应用在柔性基底表面功能材料的图案化过程中时，流程简单，安全环保。

本发明通过以下技术方案实现：

一种自脱落可降解材料成膜液，按照质量份数计，组分包括：大豆分离蛋白5～10份，碱性处理剂1～2份，成膜剂3～8份，溶剂80～90份，增稠剂1～2份。

优选的，所述成膜剂为明胶。

优选的，所述碱性处理剂为含氢氧根或碳酸氢根的化合物中的一种或多种混合物。

进一步的，所述碱性处理剂为氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸氢钠中的一种或多种混合物。

优选的，所述增稠剂为羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素中的一种或多种混合物。

优选的，所述溶剂为水和乙醇的混合溶液。

所述的自脱落可降解材料成膜液的制备方法，将大豆分离蛋白分散在溶剂中，并加入成膜剂、碱性处理剂和增稠剂，混合均匀，得到自脱落可降解材料成膜液。

优选的，具体包括：

1)将大豆分离蛋白分散在溶剂中，再加入成膜剂，加热搅拌，得到溶液1；

2)在溶液1中加入碱性处理剂，在65～75摄氏度下搅拌，得到溶液2；

3)在溶液2中加入增稠剂，在50～60摄氏度下搅拌，得到自脱落可降解材料成膜液。

所述的自脱落可降解材料成膜液在基底表面功能材料的图案化中的应用，包括：

将自脱落可降解材料成膜液涂覆于表面涂布有功能材料的基底表面的部分区域，形成图案，干燥后，自脱落可降解材料成膜液形成薄膜，薄膜和被薄膜覆盖的功能材料一并自然脱落，在基底表面形成图案化的功能材料层。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明中的大豆分离蛋白经碱性处理剂处理后，可以使分子链上的巯基和疏水基团暴露，形成新的分子链和分子链间的相互作用，由于处理后的大豆分离蛋白的官能团和基底表面官能团之间缺乏有效的相互作用力，因而成膜液涂覆在塑料、玻璃等基底表面后，成膜液干燥成膜后会自然脱落，且脱落的薄膜可自然降解。通过在塑料、玻璃等基底表面涂覆纳米功能材料，借助丝网印刷等方式，通过控制成膜液的覆盖区域，由于成膜液会渗透入纳米功能材料涂层中，且成膜物具有一定的机械强度，因此当成膜液干燥成膜后，接触到成膜液的功能材料会一并脱落，从而在基底表面形成预定的图案，可以用于电子器件的制备。

本发明提供的制备方法是从对低廉的天然产物提取物-大豆分离蛋白进行改性入手，大豆分离蛋白通过碱性处理剂的处理，使得一方面提高了成膜后的机械强度，另一方面改性后的大豆分离蛋白减少了与玻璃、塑料等基底材料的界面相互作用力，提高了成膜物自脱落的效果，并且成膜物也可以自然降解。

本发明提供的自脱落可降解材料成膜液，可以借助丝网印刷等方式涂覆在纳米功能材料表面，依靠自脱落性能，使得与纳米功能材料接触的区域从玻璃或塑料等基底表面分离，实现纳米功能材料的图案化制备。与一般的纳米功能材料的图案化制备方法相比，成本低廉、流程简单，更加环保，易于实现工业化规模生产。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行描述，这些描述只是进一步解释本发明的特征和优点，并非用于限制本发明的权利要求。

本发明自脱落可降解材料成膜液，由如下重量份的各组分组成：大豆分离蛋白5～10份，碱性处理剂1～2份，成膜剂3～8份，溶剂80～90份，增稠剂1～2份。

所述溶剂为水和乙醇的混合溶液，水和乙醇体积比为7:3。

所述成膜剂为粉末明胶。

所述碱性处理剂为含氢氧根或碳酸氢根的化合物中的一种或多种混合物，优选为氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸氢钠中的一种或多种混合物。

所述增稠剂为羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素中的一种或多种混合物。

本发明所述的自脱落可降解材料成膜液制备方法为：先用溶剂将大豆分离蛋白进行搅拌、超声分散，随后用碱性处理剂对大豆分离蛋白进行处理，在处理过程中，由于大豆分离蛋白分子链上的巯基和疏水基团暴露出来，从而分子链和分子链内部的官能团之间会形成新的相互作用力，从而当溶剂挥发后，强化了成膜能力。

本发明自脱落可降解材料成膜液的制备方法，具体包括如下工艺步骤和条件：

1)将大豆分离蛋白用溶剂分散后，再加入成膜剂，加热搅拌，得到溶液1；

2)在上述溶液1中加入碱性处理剂，在65～75摄氏度下搅拌，得到溶液2；

3)在上述溶液2中加入增稠剂，在50～60摄氏度条件下搅拌，得到一种自脱落可降解材料成膜液。

上述成膜液在基底表面功能材料的图案化中的应用，包括：

采用浇筑或线棒涂布器等方式，将自脱落可降解材料成膜液涂覆于表面涂布有功能材料的基底表面的部分区域，形成图案，自然干燥后，得到自脱落可降解薄膜，薄膜自行脱落并带走被薄膜覆盖的功能材料，从而基底表面形成图案化的功能材料层。所述基底为玻璃或塑料薄膜。

本发明实施例中，所有原料的份数均是以质量份数计。

实施例1

(1)自脱落可降解材料成膜液的制备

将5份的大豆分离蛋白分散于90份水和乙醇的混合溶液中，升温至50℃后，加入3份明胶，搅拌1小时，随后加入1份碱性处理剂氢氧化钠，升温至65℃，搅拌1小时，随后加入1份增稠剂羟甲基纤维素，搅拌2小时，得到一种自脱落可降解材料成膜液。

(2)纳米功能材料图案化制备方式

将银纳米线溶液分多次用线棒涂布器涂覆在载玻片表面，随后采用丝网印刷的方式，将上述方法制备的自脱落可降解材料成膜液涂覆在表面有银纳米线的载玻片表面的部分区域，形成图案，等待自然干燥，干燥后自脱落可降解材料成膜液形成薄膜(成膜物)，薄膜自行脱落(脱落物)并带走被薄膜覆盖的银纳米线，从而柔性基底表面形成图案化的银纳米线功能层。

实施例2

(1)自脱落可降解材料成膜液的制备

将5份的大豆分离蛋白分散于90份水和乙醇的混合溶液中，升温至50℃后，加入8份明胶，搅拌均匀后，加入1份碱性处理剂氢氧化钠，升温至65℃，搅拌1小时，随后加入1份增稠剂羟甲基纤维素，搅拌2小时，得到一种自脱落可降解材料成膜液。

(2)纳米功能材料图案化制备方式

与实施例1中相同。

实施例3

(1)自脱落可降解材料成膜液的制备

将5份的大豆分离蛋白分散于90水和乙醇的混合溶液中，升温至50℃后，加入3份明胶，搅拌均匀后，加入2份碱性处理剂氢氧化钠，升温至65℃，搅拌1小时，随后加入1份增稠剂羟甲基纤维素，搅拌2小时，得到一种自脱落可降解材料成膜液。

(2)纳米功能材料图案化制备方式

与实施例1中相同。

对比例1

将5份的大豆分离蛋白分散于90份水和乙醇的混合溶液中，加入1份碱性处理剂氢氧化钠，升温至65℃，搅拌1小时，随后加入1份增稠剂羟甲基纤维素，搅拌2小时，得到一种自脱落可降解材料成膜液。纳米功能材料图案化制备方式，与实施例1中相同。

对比例2

将5质量份的大豆分离蛋白分散于90份水和乙醇的混合溶液中，升温至50℃后，加入3份明胶并搅拌，随后加入1份增稠剂羟甲基纤维素，搅拌2小时，得到一种自脱落可降解材料成膜液。纳米功能材料图案化制备方式，与实施例1中相同。

对比例3

(1)自脱落可降解材料成膜液的制备

将5份的大豆分离蛋白分散于90份水和乙醇的混合溶液中，升温至50℃后，加入10份明胶并搅拌均匀后，加入1份碱性处理剂氢氧化钠，升温至65℃，搅拌1小时，随后加入1份增稠剂羟甲基纤维素，搅拌2小时，得到一种自脱落可降解材料成膜液。

(2)纳米功能材料图案化制备方式

与实施例1中相同。

对比例4

(1)自脱落可降解材料成膜液的制备

将5份的大豆分离蛋白分散于90份水和乙醇的混合溶液中，升温至50℃后，加入3份明胶，搅拌均匀后，加入3份碱性处理剂氢氧化钠，升温至65℃，搅拌1小时，随后加入1份增稠剂羟甲基纤维素，搅拌2小时，得到一种自脱落可降解材料成膜液。

(2)纳米功能材料图案化制备方式

与实施例1中相同。

对实施例1-3及对比例1-4的脱落物重量比、脱落物降解性、纳米材料脱落性和进行测试，测试结果见表1。

脱落物重量比计算公式为R＝(A-B)/A×100％，式中，R为脱落物重量比，A为成膜物总质量，B为未脱落薄膜部分重量。

纳米材料脱落性、图案完整性分别采用扫描电镜、显微镜对基底表面和脱落物进行观察。

本发明中，脱落物降解性采用泥土对成膜物进行掩埋，20天后进行观察。

表1测试结果

实施例	脱落物重量比	纳米材料脱落性	图案完整性	脱落物降解性
					实施例1	100％	全部脱落	完整	完全降解
实施例2	82％	部分脱落	不完整	完全降解
					实施例3	100％	全部脱落	完整	完全降解
对比例1	100％	部分脱落	不完整	完全降解
					对比例2	63％	部分脱落	不完整	完全降解
对比例3	51％	部分脱落	不完整	完全降解
					对比例4	100％	全部脱落	不完整	完全降解

根据表1中的测试结果可知，实施例1至实施例3中自脱落可降解材料制备过程中，添加适量的成膜剂、碱性处理剂，对成膜物脱落情况、纳米材料脱落性、图案完整性有着明显的促进作用，这是因为适量的成膜剂和碱性处理剂有助于增强成膜物的强度，降低与玻璃或塑料之间的作用力。综合对比例1和对比例2后发现，添加适量的成膜剂和碱性处理剂后，在不影响成膜物和纳米材料脱落性、图案完整性和脱落物降解性的前提下，实现了自脱落可降解材料的预期性能。对比例3未完全脱落，因为配方不合适，含有较多的明胶，而明胶和基底有较强的相互作用力，因此不能完全脱落，而对比例4碱性处理剂较多，虽然完全脱落，但是因为成膜物机械性能太弱，脱落时候不能完全把纳米材料带走。

特别的，本发明提供的上述方法制备的自脱落可降解薄膜，与玻璃、塑料等材料表面官能团缺乏足够的相互作用力，因而可以自主脱落，并且可以自然降解。另外，将纳米功能材料涂覆在玻璃或塑料薄膜表面后，采用丝网印刷等方式，将制备的自脱落可降解材料涂覆在玻璃或塑料薄膜表面，等自脱落可降解材料干燥成膜后，与自脱落可降解材料接触区域的纳米功能材料会随着薄膜一并脱落，玻璃或塑料薄膜表面上的纳米功能材料会形成预定图案。

Claims (6)

1.自脱落可降解材料成膜液在基底表面功能材料的图案化中的应用，其特征在于，所述自脱落可降解材料成膜液，按照质量份数计，组分包括：大豆分离蛋白5～10份，碱性处理剂1～2份，成膜剂3～8份，溶剂80～90份，增稠剂1～2份；

包括：

将自脱落可降解材料成膜液涂覆于表面涂布有功能材料的基底表面的部分区域，形成图案，干燥后，自脱落可降解材料成膜液形成薄膜，薄膜和被薄膜覆盖的功能材料一并自然脱落，在基底表面形成图案化的功能材料层。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述成膜剂为明胶。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述碱性处理剂为含氢氧根或碳酸氢根的化合物中的一种或多种混合物。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述碱性处理剂为氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸氢钠中的一种或多种混合物。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述增稠剂为羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素中的一种或多种混合物。

6.根据权利要求1所述的自脱落可降解材料成膜液，其特征在于，所述溶剂为水和乙醇的混合溶液。