[发明专利]高透明羧甲基纤维素-纤维素纤维复合薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及复合材料技术领域，具体地涉及一种高透明羧甲基纤维素‑纤维素纤维复合薄膜的制备方法。高透明羧甲基纤维素‑纤维素纤维复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：（1）羧甲基纤维素分散液的制备；（2）纸张的抄造；（3）纤维素复合薄膜的制备。通过本发明提供的方法制成的高透明羧甲基纤维素‑纤维素纤维复合薄膜的透明度为90%，拉伸强度约为111MPa，耐折度达到2526次。这种可生物降解、高柔韧性、高强度和高透明的高透明羧甲基纤维素‑纤维素纤维复合薄膜有望作为衬底用于构建下一代绿色、柔性电子器件，促进人类社会的可持续发展。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体地涉及一种高透明羧甲基纤维素-纤维素纤维复合薄膜的制备方法。

背景技术

电子产品给人类带来了便捷，成为生活和工作中不可分割的一部分。目前，绝大部分电子器件都是构建在玻璃、硅片等衬底上，在弯曲、拉伸等作用下容易发生断裂，使电子产品失效。柔性电子是将有机或无机材料电子器件制作在柔性/可延展性塑料或薄金属衬底上的新兴电子技术。它能结合高效、大面积且低成本的制备工艺，使电子器件朝着柔性、低成本且轻薄的方向发展，在太阳能电池、超级电容器、显示和可穿戴设备等领域具有潜在的应用价值。

近年来，随着电子器件的普及和使用寿命的不断缩短，产生了大量难以降解的电子垃圾，给人类赖以生存的环境带来了新的压力。衬底是柔性电子器件的重要结构单元，约占电子器件总质量的90％以上。它不仅对器件起到机械支撑作用，还主要决定了器件的柔韧性或延展性。若使用可生物降解的衬底，将对电子垃圾问题的解决起到重要作用。

基于纤维素的透明薄膜因其价格低廉、可降解、优异的柔韧性和高的力学强度等优势，有望作为一种新型的衬底应用于柔性电子器件领域。目前，可作为柔性电子器件衬底的透明纤维素薄膜主要有如下四种：微米级纤维素纤维透明薄膜、纳米级纤维素纤维透明薄膜、再生纤维素纤维透明薄膜及基于上述两种或三种的透明复合薄膜。利用离子液体部分溶解普通纸张表面制备的微米级纤维透明薄膜和纳米纤维素纤维制备的纳米纸具有优异的力学性能和光学性能，但制备成本高、效率非常低，制备时间通常需要24h以上，甚至超过60h，不利于透明薄膜的工业化生产；再生纤维素纤维制备透明薄膜制备工艺相对简单，薄膜具有与塑料衬底相似的透明度和优异的阻隔性能，但其力学强度较差；通过在纤维纸张中浸渍树脂制备一种新型塑料纸，该法制备过程简单、能耗较低，但所使用的高分子聚合物在土壤中很难降解，不利于环境的可持续发展。有必要开发出一种可生物降解、性能优越且制备方法简便高效的新型衬底材料，将其应用于柔性电子器件领域。

发明内容

本发明旨在针对上述问题，提出一种高透明羧甲基纤维素-纤维素纤维复合薄膜的制备方法。

本发明的技术方案在于：

高透明羧甲基纤维素-纤维素纤维复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）羧甲基纤维素分散液的制备：

称量12g羧甲基纤维素粉末，接着量取788mL蒸馏水加入到1000mL烧杯中，然后将其置于水浴锅中，加热至70℃；同时，将羧甲基纤维素粉末加入到蒸馏水中并搅拌，转速为1200ｒ/min，搅拌时间为1h，使其充分溶解，得到1.5wt％的羧甲基纤维素分散液。

（2）纸张的抄造：

称取0.6594ｇ和2.198ｇ绝干北木浆，分别滴入1mL和3mL湿强剂，疏解，疏解的转速为6000ｒ/min，采用奥地利PTI公司生产的RK3AKWT型凯塞法自动抄纸系统并抄造定量为21g/m²和70 g/m²的纸张。

（3）纤维素复合薄膜的制备：

所述的纤维素复合薄膜的制备过程为：将裁剪好的纸样放入玻璃培养皿中，缓慢滴加1.5wt％的羧甲基纤维素分散液，然后经干燥后制成高透明羧甲基纤维素-纤维素纤维复合薄膜，干燥的温度为105℃，干燥时间为1h。