[發明專利]以綜纖維素制備高強度、高霧度和透明度納米紙的方法

有效

• 申請號: 201910402835.2
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110067149B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 李新平;張鑫;張召;王楠;馬寧寧
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: D21H11/02
• 分類號: D21H11/02;D21C3/02;D21C5/00;D21H27/00;D21J3/12
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王蕊轉

本發明公開了一種以綜纖維素制備高強度、高霧度和透明度納米紙的方法，具體包括如下步驟:步驟1，制備綜纖維素；步驟2，根據步驟1所得的綜纖維素制備含有半纖維素的木漿；步驟3，根據步驟2所得的木漿制備納米纖維素；步驟4，根據步驟3所得的納米纖維素制備納米纖維素紙。該方法制得的納米纖維素紙為柔性光電子器件和聚合物復合材料提供一種理想的材料。

技術領域

本發明屬于生物質光電學納米材料技術領域，涉及以綜纖維素制備高強度、高霧度和透明度納米紙的方法。

背景技術

植物纖維的主要化學成分是纖維素、半纖維素和木質素。纖維素是自然界來源最豐富的生物質材料之一，具有來源廣、可生物降解、無毒、環保等優點。半纖維素是高等植物細胞壁的重要組成部分，約占植物生物量的四分之一至三分之一。此外，半纖維素具有大量的羥基，它們沿著主鏈和側鏈分布。半纖維素具有良好的生物活性、生物相容性和低氧阻隔性，是一種很有前途的可再生生物材料。纖維素納米纖維(Cellulose Nanofibrils，簡稱CNFs)是一種綠色材料，直徑10-40nm，長度為幾微米，由天然木質纖維經化學和機械處理而成。纖維素納米纖維具有較高的強度、剛度(模量可達到138GPa)、較大的比表面積(可以達到50m²/g)、極低的熱膨脹系數(CTE，0.1ppm/k，接近于石英)。CNFs可以通過抽吸過濾工藝制成薄膜，也叫納米纖維素紙。它具有許多獨特的性能，包括光學透明、熱穩定性、柔韌性、可印刷性、機械強度高以及化學改性能力強。也正是由于這些特性，納米纖維素紙有著廣泛的應用領域，例如太陽能電池，有機發光二極管(OLED)，超級電容器和紙電子產品。

近年來，納米纖維素紙已經在光電學領域引起了越來越多研究人員的興趣。光學透明但具有霧度被認為是獨特的納米纖維素紙性質，近來在光電子學中的應用越來越受到關注。然而，難以制備優異機械性能的納米纖維素紙并且克服霧度和透明度之間的反平衡效應，限制了納米纖維素紙在聚合物復合材料和柔性光電子器件領域的應用。因此，制備以納米纖維素為基材的綠色生物質紙具有高強度，高光學霧度和透明度顯得尤為重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種以綜纖維素制備高強度、高霧度和透明度納米紙的方法，該方法制得的納米纖維素紙為柔性光電子器件和聚合物復合材料提供一種理想的材料。

本發明所采用的技術方案是，以綜纖維素制備高強度、高霧度和透明度納米紙的方法，具體包括如下步驟:

步驟1，制備綜纖維素；

步驟2，根據步驟1所得的綜纖維素制備含有半纖維素的木漿；

步驟3，根據步驟2所得的木漿制備納米纖維素；

步驟4，根據步驟3所得的納米纖維素制備納米纖維素紙。

本發明的特點還在于，

步驟1的具體過程如下：以楊木堿性過氧化氫機械漿為原料，利用有機溶劑抽提試樣，然后將抽出液蒸發烘干，將烘干后的樣品采用亞氯酸鈉法處理3～5小時去除木質素，得到綜纖維素。

有機溶劑為以2：1混合的苯和乙醇的混合液。

步驟2的具體過程為：將步驟1得到的綜纖維素用2％～10％的NaOH處理0～3h，處理溫度為40～50℃，獲得含有半纖維素的木漿。

步驟3的具體過程如下：將含有半纖維素的木漿剪切3～10min配制成0.5～3wt％的懸浮液，在60～120MPa壓力下均質處理15～40次，得到含有半纖維素的納米纖維素。