[发明专利]一种超耐折纳米纤维素薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超耐折纳米纤维素薄膜及其制备方法，属于生物高分子材料领域。其制备方法如下：（1）纤维素纤维的羧甲基化改性；（2）羧甲基化改性后的纤维加入水分散后，经高压均质处理，制得纳米纤维素纤维；（3）用水将纳米纤维素纤维稀释后，加入培养皿中蒸发干燥，制得超耐折纳米纤维素薄膜。本发明的纳米纤维素薄膜，由于在制备过程中保持纤维高的聚合度以及长度从而具有优异的物理性能，耐折次数20000‑40000次，拉伸强度150‑220 MPa，透光率＞90%，而且热稳定性好（初始热降解温度在250℃以上），在150℃下加热20min返黄值（ΔYI）小于3%，因此，在能源与电子器件等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于生物高分子材料领域，具体涉及一种超耐折纳米纤维素薄膜及其制备方法。

背景技术

近年来，纳米纤维素透明薄膜因其独一无二的性能（如高透光率、优异的力学性能、良好的热稳定性以及优异的阻隔性能）[Nakagaito A N, Nogi M, Yano H. Displaysfrom transparent film of natural nanofibers [J]. MRS Bull, 2010, 35(3): 214-218]。[Zhu H, Xiao Z, Liu D, et al. Biodegradable transparent substrates forflexible organic-light-emitting diodes [J]. Energ. Environ. Sci, 2013, 6(7):2105-2111.]，有望作为一种新型衬底材料应用于下一代柔性绿色电子器件，促进电子器件朝着柔性、低成本、可降解的方向发展，实现人类社会的可持续发展。纳米纤维素透明薄膜在透光率、表面性能、抗张强度等方面与当今主流的塑料衬底相近，但是其耐折度仅为几十甚至几次，远小于普通纸张（几百到几千次）和PET塑料衬底（30000-40000次）。低的耐折性能严重制约纳米纤维素透明薄膜在柔性电子器件的应用。

本发明通过对植物纤维进行羧甲基化处理，在保留纤维素聚合度的同时，弱化了纤维细胞壁中纳米纤维素之间的氢键作用。再通过均质处理，获得高聚合度和长径比的纳米纤维素，并通过滤或高分子溶胶浇铸，制备超耐折纳米纤维素透明薄膜。

发明内容

本发明的目的是提供一种超耐折纳米纤维素透明薄膜及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种超耐折纳米纤维素透明薄膜的制备方法，具体制备步骤如下：

（1）将纤维加到溶有氯乙酸和氢氧化钠的醇溶液中进行羧甲基化改性，保留纤维素聚合度和植物纤维尺寸的同时，弱化纤维细胞壁中纳米纤维素间的氢键作用；

（2）羧甲基化改性后的纤维加入水分散后，经高压均质处理，从细胞壁中分离出具有高聚合度和长径比的纳米纤维素；

（3）用水稀释纳米纤维素，加入培养皿中蒸发干燥，制得超耐折纳米纤维素薄膜。

进一步优化的，步骤（1）中所述的纤维为包括木材、棉、麻等在内的所有的天然纤维素纤维。

进一步优化的，步骤（1）中所述的羧甲基化改性方法为将纤维加到溶有氯乙酸和氢氧化钠的醇溶液中加热到70-100℃反应60-90min。

进一步优化的，步骤（1）中所述的羧甲基化后纤维聚合度为600-2700。

进一步优化的，步骤（2）中所述的均质压力为10000-30000psi。

进一步优化的，步骤（2）中所述的纳米纤维素的聚合度为500-900。

进一步优化的，步骤（2）中所述的纳米纤维素的长度为0.8-4 μm。

进一步优化的，步骤（3）中，纳米纤维素稀释后的浓度为0.05-0.2%。