[發明專利]一種高透明超平滑納米紙及其快速制備方法

有效

• 申請號: 201610199891.7
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105735049B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 方志強;陳港;況宇迪;張俊奇;鄺其通
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: D21H27/00
• 分類號: D21H27/00;D21F13/00;D21H11/02;D21H11/12;D21H11/16;D21C9/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發明公開了一種高透明超平滑納米紙及其快速制備方法，屬于綠色環保納米材料及造紙技術領域。制備方法如下：1）以植物纖維為原料，經化學預處理和機械處理制備納米纖維素分散液；2）將薄膜材料緊密貼合在平底硬質容器的底部，制備納米纖維素分散液的鑄膜容器；3）將納米纖維素分散液均勻的傾倒于鑄膜容器表面；4）將盛有納米纖維素分散液的鑄膜容器放置于恒溫恒濕箱中鑄膜干燥，制備納米纖維素/薄膜復合材料；5）將納米纖維素/薄膜復合材料中的薄膜材料剝離，制得高透明超平滑的納米紙。相比于其他高透明超平滑納米紙制備方法，本發明的制備方法制備工藝簡單，耗時短，所制備的納米紙透明度高、表面粗糙度低、抗張強度高、平整度高等。

技術領域

本發明涉及綠色環保納米材料及造紙技術領域，具體涉及一種高透明超平滑納米紙及其快速制備方法。

技術背景

納米紙是由納米纖維素分散體組成的薄膜材料。近年來，因其獨一無二的特性展現了其在柔性電子器件領域的應用前景。各種以納米紙為襯底材料制備的柔性電子器件如電極，場發射晶體管，有機太陽能電池以及天線相繼見諸報端，引起了政府、科研機構與企業的廣泛關注。但是，納米纖維素一維的納米尺寸以及高保水值的特性限制了納米紙的高效率的制備；而現有的納米紙制備技術，在實現高效制備的同時卻又難以兼顧高透明和超平滑的性能要求。因此，開發出既能實現納米紙的快速制備，又能保證納米紙高透明、超平滑特性的制造技術，成為納米紙制備研究的主要方向。

目前，對于納米紙的快速制備，主要圍繞加速過濾速度和/或加速干燥速度等方面展開研究。Sehaqui等人報道了一種過濾加真空干燥實現快速制備納米紙的方法，整個制備過程耗時1-2小時。[Sehaqui H et.al. Fast preparation procedure for large, flatcellulose and cellulose/inorganic nanopaper structures. Biomacromolecules2010;11:2195-2198]。相比于其它制備納米紙的方法，該方法的效率雖然顯著提高，但是該方法制備的納米紙存在如下兩方面問題：（1）因使用多孔濾膜，納米紙的表面粗糙度大于20納米，不能滿足柔性電子器件對襯底表面性能的要求；（2）采用真空干燥，導致納米紙的透光率僅為42%（600nm波長下）。芬蘭科學家開發出一種壓榨過濾和加壓干燥相結合快速制備納米紙的方法，整個制備過程耗時1-2h。[?sterberg M et.al. A fast method toproduce strong nfc films as a platform for barrier and functional materials.ACS Applied Materials & Interfaces 2013;5:4640-4647]。但是，制得的納米紙用于柔性電子器件襯底時，也存在以下不足：（1）43%的納米纖維素在壓榨過濾階段流失，而且制備的納米紙形狀不可控；(2)在熱壓干燥的過程中，需要涉及精確的壓力控制，否則會使濕的納米紙壓潰；（3）為了提高干燥速度，采用100℃的溫度干燥，導致納米纖維素網絡內部的水分快速蒸發，降低納米紙的緊度（緊度僅為0.5g/cm³)；（4）大孔徑濾膜的使用，導致納米紙表面粗糙。Beneventi等人所用的方法，先將2%的納米纖維素分散體均勻的噴涂到親水性的尼龍網上，然后經過真空過濾、壓榨、真空干燥制備成納米紙，整個過程耗時小于40min[Beneventi D et. al. Rapid nanopaper production by spray deposition ofconcentrated microfibrillated cellulose slurries. Industrial Crops andProducts 2015, 72: 200-205]。但是，這種方法制備的納米紙的表面同樣非常的粗糙，不能滿足柔性電子器件的要求。上述方法顯示，通過過濾結合加壓或真空干燥的方式雖然可以顯著提高納米紙的制備效率，但是，高的表面粗糙度（>20nm）和低的透光率（<70%)制約了這些方法制備的納米紙在柔性電子器件領域的應用。