TWI529206B - 酯化纖維素薄膜及其製備方法 - Google Patents

Description

酯化纖維素薄膜及其製備方法

本發明是有關於酯化纖維素薄膜及其製備方法。

隨著石油資源日漸枯竭及環境污染問題突顯，可生物降解的綠色材料越來越受到人類的重視和肯定。纖維素是當今世界上儲量最豐富的生質材料，採用其衍生物代替傳統的聚合物材料是大勢所趨。

在纖維素的衍生物當中，酯化纖維素是一種重要的纖維素衍生物，其加工成型容易及熱塑性佳，而被廣泛應用在民生、醫療及光電領域中。但在某些應用需求中，酯化纖維素暴露出光穿透度不足的缺點。

為了解決上述的問題，本發明提供一種製備酯化纖維素薄膜的方法，藉由控制酯化纖維素的濃度、溶劑的分子量及加熱處理的溫度，使所形成的酯化纖維素薄膜具有低結晶度及高穿透度，而不需使用到任何添加劑，如可塑劑 或交聯劑等，也不需在加溫及加壓環境下溶解酯化纖維素，亦不需反覆進行加熱處理或於減壓環境下進行加熱處理。

本發明提供之製備酯化纖維素薄膜的方法包含：於常溫常壓下溶解酯化纖維素於溶劑中，以形成組成物，其中酯化纖維素為組成物總重之0.5wt%至15wt%，溶劑之分子量小於或等於120；使組成物形成酯化纖維素濕膜；以及對酯化纖維素濕膜進行常壓加熱處理，以形成酯化纖維素薄膜，常壓加熱處理的溫度介於60℃與120℃之間，其中酯化纖維素薄膜的厚度為5微米至100微米，酯化纖維素薄膜在波長為500奈米之光穿透度大於或等於90%。

依照本發明之一實施例，溶劑為C3-C4酮類、C2-C6酯類、環醚類或其組合。

依照本發明之一實施例，組成物基本上由酯化纖維素及溶劑組成。

依照本發明之一實施例，製備酯化纖維素薄膜的方法更包含加入多元醇至溶劑中。

依照本發明之一實施例，多元醇的分子量為600至1,000。

依照本發明之一實施例，製備酯化纖維素薄膜的方法更包含使酯化纖維素濕膜接觸水、醇類或其組合，於對酯化纖維素濕膜進行常壓加熱處理之前。

依照本發明之一實施例，酯化纖維素薄膜之X射線散射圖譜之一布拉格尖峰的2 θ值為8.8°至9.0°。

依照本發明之一實施例，酯化纖維素薄膜之X射線散射圖譜之布拉格尖峰的2 θ值小於另一酯化纖維素薄膜之X射線散射圖譜之一布拉格尖峰的2 θ值，另一酯化纖維素薄膜是透過將酯化纖維素濕膜放置於常溫常壓下而得。

本發明又提供一種酯化纖維素薄膜，厚度為5微米至100微米，酯化纖維素薄膜在波長為500奈米之光穿透度大於或等於90%。

本發明再提供一種酯化纖維素薄膜，酯化纖維素薄膜之X射線散射圖譜之一布拉格尖峰的2 θ值為8.8°至9.0°。

第1圖為比較例1、實驗例1、3、5及7的光穿透度-波長圖。

第2圖為比較例1、實驗例1、3、5及7的X射線繞射圖譜。

第3圖為比較例2、實驗例4、6及8的X射線繞射圖譜。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構 操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為使便於理解，下述說明中相同元件將以相同之符號標示來說明。

為了解決先前技術所述的問題，本發明提供一種製備酯化纖維素薄膜的方法，藉由控制酯化纖維素的濃度、溶劑的分子量及加熱處理的溫度，使所形成的酯化纖維素薄膜具有低結晶度及高穿透度，而不需使用到任何添加劑，如可塑劑或交聯劑等，也不需在加溫及加壓環境下溶解酯化纖維素，亦不需反覆進行加熱處理或於減壓環境下進行加熱處理。

本發明提供之製備酯化纖維素薄膜的方法包含：於常溫常壓下溶解酯化纖維素於溶劑中，以形成組成物；使組成物形成酯化纖維素濕膜；以及對酯化纖維素濕膜進行常壓加熱處理，以形成酯化纖維素薄膜。上述的「常溫常壓下溶解」，係指溶解酯化纖維素於溶劑中是在大氣環境下進行，未進行任何加熱及加壓處理。上述的「常壓加熱處理」，係指在大氣環境下對酯化纖維素濕膜進行常壓加熱處理，例如是在空氣烘箱中加熱酯化纖維素濕膜。

酯化纖維素可例如為醋酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸戊酸纖維素、丙酸丁酸纖維素、乙酸月桂酸纖維素、乙酸硬脂酸纖維素、其他合適的酯化纖維素或其組合。例如可使用酸酐或醯氯作為醯化劑，以合成 出酯化纖維素。在一實施例中，酯化纖維素的單位平均分子量介於140至180之間。在一實施例中，酯化纖維素的分子量大於或等於70,000。

酯化纖維素可溶於溶劑中。溶劑的分子量需小於或等於120，其較容易在大氣環境下揮發。溶劑可為有機溶劑或無機溶劑。在一實施例中，溶劑為C3-C4酮類、C2-C6酯類、環醚類或其組合。酮類例如為丙酮、甲乙酮或其組合。酯類例如為甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯或其組合。環醚類例如為四氫呋喃、1,3-二噁烷、1,4-二噁烷、1,3-二氧戊環或其組合。

酯化纖維素為組成物總重之0.5wt%至15wt%，使酯化纖維素在常溫常壓下可完全溶解於溶劑中。在一實施例中，組成物基本上由酯化纖維素及溶劑組成。酯化纖維素有許多分子間和分子內氫鍵。溶劑可撐開酯化纖維素的分子鏈，以使結晶度降低。

在一實施例中，製備酯化纖維素薄膜的方法更包含加入多元醇至溶劑中。例如可在溶解酯化纖維素於溶劑中的之前或之後，加入多元醇至溶劑中。多元醇可作為可塑劑，提昇酯化纖維素薄膜的拉伸率。在一實施例中，多元醇的分子量為600至1,000。在一實施例中，多元醇為組成物總重之0.01wt%至5wt%。多元醇可例如為聚醚醇、聚烯醇或其組合。聚醚醇例如為聚乙二醇、聚丙二醇、其他合適的聚醚醇或其組合。聚烯醇例如為聚乙烯醇、聚丙烯醇、其他合適的聚烯醇或其組合。

在形成組成物之後，使組成物形成酯化纖維素濕膜。可利用任何方法形成酯化纖維素濕膜，如溶液流延法。詳細而言，可使組成物(即酯化纖維素溶液)在連續移動的載體上流延，以形成酯化纖維素濕膜。載體可例如為環狀帶型或鼓輪型。

在形成酯化纖維素濕膜之後，對酯化纖維素濕膜進行常壓加熱處理，以形成酯化纖維素薄膜。常壓加熱處理的溫度介於60℃與120℃之間。

經過常壓加熱處理所得的酯化纖維素薄膜具有良好的光穿透度。在一實施例中，酯化纖維素薄膜的厚度為5微米至100微米，酯化纖維素薄膜在波長為500奈米之光穿透度大於或等於90%。在一實施例中，酯化纖維素薄膜在波長為250奈米至300奈米的光穿透度大於或等於70%。

經過常壓加熱處理所得的酯化纖維素薄膜具有低結晶度。在一實施例中，酯化纖維素薄膜之X射線散射圖譜之一布拉格尖峰的2 θ值為8.8°至9.0°。在一實施例中，酯化纖維素薄膜之X射線散射圖譜之布拉格尖峰的2 θ值(即8.8°至9.0°)小於另一酯化纖維素薄膜之X射線散射圖譜之一布拉格尖峰的2 θ值(如9.4°至9.5°)，另一酯化纖維素薄膜是透過將酯化纖維素濕膜放置於常溫常壓下而得，未經過常壓加熱處理。

值得注意的是，在一實施例中，製備酯化纖維素薄膜的方法更包含使酯化纖維素濕膜接觸水、醇類或其組合，於對酯化纖維素濕膜進行常壓加熱處理之前。酯化纖維 素濕膜接觸水、醇類或其組合有助於使結晶度進一步下降，而使光穿透度變得更高。在一實施例中，將酯化纖維素濕膜浸泡在水、醇類或其組合之中。

根據上述，本發明提供一種酯化纖維素薄膜，具有一厚度為5微米至100微米，酯化纖維素薄膜在波長為500奈米之光穿透度大於或等於90%。本發明又提供一種酯化纖維素薄膜，其X射線散射圖譜之一布拉格尖峰的2 θ值為8.8°至9.0°。

實例

以下的實例係用以詳述本發明之特定態樣，並使本發明所屬技術領域中具有通常知識者得以實施本發明。以下的實例不應用以限制本發明。

比較例1-4：未經加熱處理的酯化纖維素薄膜

將乙酸丙酸纖維素溶於溶劑中，以形成組成物。乙酸丙酸纖維素佔組成物總重的1wt%(比較例1-2)或15wt%(比較例3-4)。溶劑為丙酮或四氫呋喃。然後，使組成物形成酯化纖維素濕膜，再將酯化纖維素濕膜置放在常溫常壓環境下一段時間，使溶劑自然揮發，形成酯化纖維素薄膜。最後，對酯化纖維素薄膜作光穿透度及X射線繞射分析。X射線繞射分析結果如第2、3圖所示，比較例1、2具有兩個較為明顯的布拉格尖峰，其2 θ值分別為9.4°至9.5°及20.3°至20.6°。

實驗例1-12：經加熱處理的酯化纖維素薄膜

將乙酸丙酸纖維素溶於溶劑中，以形成組成物。乙酸丙酸纖維素佔組成物總重的1wt%(實驗例1-8)或15wt%(實驗例9-12)。溶劑為丙酮或四氫呋喃。然後，使組成物形成酯化纖維素濕膜，再對酯化纖維素濕膜進行常壓加熱處理，以形成酯化纖維素薄膜。常壓加熱處理的溫度分別為60℃、75℃、105℃或120℃。最後，將酯化纖維素薄膜作光穿透度及X射線繞射分析。如第2、3圖所示，實驗例1、3-8具有兩個較為明顯的布拉格尖峰，其2 θ值分別為8.8°至約9.0°及22.3°至22.5°。依據布拉格定律的公式：n λ=2dsin θ，n為整數，λ為入射光的波長0.15418nm(Cu kα)。將2 θ/2帶入，以求得分子鏈間距d1與d2。

表一

如表一所示，比較例1-4之酯化纖維素薄膜在400nm及500nm的光穿透度低，代表結晶度高。實驗例1-12之酯化纖維素薄膜在400nm及500nm的光穿透度高，可達到90%以上，代表結晶度低。此外，由第1圖可知， 使用丙酮，可使波長範圍為250nm至300nm之間的光穿透度達到70%以上，具有高紫外線穿透度。

另外，相較於比較例1之酯化纖維素薄膜，實驗例1、3、5及7之酯化纖維素薄膜在一維度上，分子鏈被撐開，分子鏈間距d1增加至少有0.862Å。相較於比較例2之酯化纖維素薄膜，實驗例2、4、6及8之酯化纖維素薄膜在一維度上，分子鏈被撐開，分子鏈間距d1增加至少有0.774Å。相較於比較例3之酯化纖維素薄膜，實驗例9及11之酯化纖維素薄膜在一維度上，分子鏈被撐開，分子鏈間距d1增加至少有0.852Å。相較於比較例4之酯化纖維素薄膜，實驗例10及12之酯化纖維素薄膜在一維度上，分子鏈被撐開，分子鏈間距d1增加至少有0.903Å。然而酯化纖維素薄膜在另一維度上，分子鏈間距d2皆略為縮小。

比較例5-6：未經加熱處理之含聚乙二醇的酯化纖維素薄膜

將乙酸丙酸纖維素與聚乙二醇溶於溶劑中，以形成組成物。乙酸丙酸纖維素佔組成物總重的1wt%，聚乙二醇佔組成物總重的2wt%。溶劑為丙酮或四氫呋喃。然後，使組成物形成酯化纖維素濕膜，再將酯化纖維素濕膜置放在常溫常壓環境下一段時間，使溶劑自然揮發，形成酯化纖維素薄膜。最後，將酯化纖維素薄膜作光穿透度測試。

實驗例13-18：經加熱處理之含聚乙二醇的酯化纖維素薄膜

將乙酸丙酸纖維素與聚乙二醇溶於溶劑中，以形成組成物。乙酸丙酸纖維素佔組成物總重的1wt%，聚乙二醇佔組成物總重的2wt%。溶劑為丙酮或四氫呋喃。然後，使組成物形成酯化纖維素濕膜，再對酯化纖維素濕膜進行常壓加熱處理，以形成酯化纖維素薄膜。常壓加熱處理的溫度分別為60℃、105℃或120℃。最後，將酯化纖維素薄膜作光穿透度測試，結果如表二所示。

如表二所示，比較例5-6之酯化纖維素薄膜在400nm及500nm的光穿透度低，代表結晶度高。實驗例13-18之酯化纖維素薄膜在400nm及500nm的光穿透度高，可達到90%以上，代表結晶度低。

此外，將比較例1、5及實驗例5、15進行拉伸測試，結果請見表三。

如表三所示，加熱處理有助於提昇酯化纖維素薄膜的拉伸強度及伸長率。添加聚乙二醇有助於更進一步提昇酯化纖維素薄膜的伸長率。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種製備酯化纖維素薄膜的方法，包含：於常溫常壓下溶解酯化纖維素於溶劑中，以形成一組成物，其中該酯化纖維素為該組成物總重之0.5wt%至15wt%，該溶劑之分子量小於或等於120；使該組成物形成一酯化纖維素濕膜；以及對該酯化纖維素濕膜進行一常壓加熱處理，以形成該酯化纖維素薄膜，該常壓加熱處理的溫度介於60℃與120℃之間，其中該酯化纖維素薄膜的厚度為5微米至100微米，該酯化纖維素薄膜在波長為500奈米之光穿透度大於或等於90%。
2. 如申請專利範圍第1項所述之製備酯化纖維素薄膜的方法，其中該溶劑為C3-C4酮類、C2-C6酯類、環醚類或其組合。
3. 如申請專利範圍第1項所述之製備酯化纖維素薄膜的方法，其中該組成物由該酯化纖維素及該溶劑組成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之製備酯化纖維素薄膜的方法，更包含加入多元醇至該溶劑中。
5. 如申請專利範圍第4項所述之製備酯化纖維素薄膜的方法，其中該多元醇的分子量為600至1,000。
6. 如申請專利範圍第1項所述之製備酯化纖維素薄膜的方法，於對該酯化纖維素濕膜進行該常壓加熱處理之前，更包含使該酯化纖維素濕膜接觸水、醇類或其組合。
7. 如申請專利範圍第1項所述之製備酯化纖維素薄膜的方法，其中該酯化纖維素薄膜之X射線散射圖譜之一布拉格尖峰的2 θ值為8.8°至9.0°。
8. 如申請專利範圍第7項所述之製備酯化纖維素薄膜的方法，其中該酯化纖維素薄膜之該X射線散射圖譜之該布拉格尖峰的該2 θ值小於另一酯化纖維素薄膜之X射線散射圖譜之一布拉格尖峰的2 θ值，該另一酯化纖維素薄膜是透過將該酯化纖維素濕膜放置於常溫常壓下而得。
9. 一種酯化纖維素薄膜，厚度為5微米至100微米，該酯化纖維素薄膜在波長為500奈米之光穿透度大於或等於90%。
10. 一種酯化纖維素薄膜，該酯化纖維素薄膜之X射線散射圖譜之一布拉格尖峰的2 θ值為8.8°至9.0°。