[发明专利]耐水透明纸及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及特种纸制造领域，特别是涉及一种耐水透明纸及其制备方法与应用。本发明提供了一种纤维直径为5nm～999nm的纤维素耐水透明纸，纤维之间相互缠结，不依赖于氢键的维持，在水中仍具备较高的湿强度。且未对纤维素分子结构进行修饰，未引入难降解的疏水性添加剂，尽可能减少了对纤维素晶体结构的影响，维持了纤维素基材料本身的性能，从而实现了对直径低至5nm的纤维素纤维的控制，不会对纸张的透明度造成过多影响，透明度可高达92％，很好地实现了纤维素纸耐水性和透明性的平衡。本发明制备的耐水纸易降解，环境友好，兼具优越的性能和广阔的使用场景，具备良好的商业前景。

技术领域

本发明涉及特种纸制造领域，特别是涉及一种耐水透明纸及其制备方法与应用。

背景技术

纸张因其来源丰富、价格低廉、可生物降解、质轻、具备优异的柔韧性、性能可控以及可实现卷对卷生产等众多优点，具有光明的应用前景。近年来，随着各种制造技术的飞速发展以及多学科之间的频繁交叉，许多纸类先进材料被不断开发，使得纸张在需求甚多的电子器件领域也开始发光发热，各种纸基电子器件如电路板、场发射晶体管、有机太阳能电池、以及化学和生物传感器相继被制造出来。

透明纸属于特种纸中的一种，目前被大量运用于标签、装饰、食品包装、建筑、绝缘等领域。在过去几年间，由于具有优异的光学性能、力学性能、表面性能、极低的热膨胀系数等优点，透明纸被认为有望取代塑料薄膜，科学家们尝试通过不同方法将各种电子器件构建在透明纸上，如显示器、晶体管、有机发光二极管(OLED)、锂电池、太阳能电池和天线，制备出新一代“绿色”电子器件。然而，由于普通纸张本身不具备耐水性质，加之透明纸多为纳米纤维制造而成，相较于更大尺度的纤维制造的纸张，更加无法承受高湿度环境，如果浸泡在水中，会迅速溶解消失，完全不具备任何强度，而这大大限制了透明纸的应用场景。

传统的耐水纸制造方法主要可以分为两大类，一是避免纤维素纤维与水的直接接触，这一类方法主要通过引入疏水、耐水性的其他添加剂，将纤维素包覆或填充到纤维之间，事实上并未真正使纤维素纸张本身具备耐水的性质；二是通过再生、交联、接枝等方式对纤维素进行改性，例如可将疏水的基团通过乙酰化，甲硅烷基化，酯化和接枝共聚反应引入到纤维表面，赋予纤维素耐水性能，但是，这些反应过程需要使用一些易燃，损害人体健康而且不环保的有机溶剂，且会增加额外的工序，进而增加生产成本。又如，还可以将纤维素溶解制备分散液，形成凝胶后加入强酸或重金属盐进行处理制备，然而，强酸水解法容易造成设备腐蚀，大量废酸难以处理会造成各种环境问题，重金属盐对环境也将造成严重的污染。而且，上述制备方法中反应条件都较为苛刻，对纤维素本身晶体结构会造成一定影响，从而导致纳米纤维素基材料的性能发生下降，因此这些方法难以制备非常薄的透明耐水纸。

发明内容

基于此，有必要提供一种无需对纤维素进行化学结构修饰，且制备过程也无需引入额外的疏水性添加剂、强酸或重金属盐的耐水透明纸及其制备方法与应用。

本发明的一个方面，提供了一种纤维素耐水透明纸，所述纤维素耐水透明纸中纤维素的纤维直径为5nm～999nm，所述纤维之间相互缠结，且所述纤维素未接枝疏水性基团，所述耐水透明纸不含额外的疏水性添加剂。

本发明制备的耐水透明纸未对纤维素分子结构进行修饰，未引入难降解的疏水性添加剂，尽可能减少了对纤维素晶体结构的影响，维持了纤维素基材料本身的性能，从而实现了对直径低至5nm的纤维素纤维的控制，使纤维之间通过物理作用力互相缠绕、勾连，而不依赖于氢键的维持，因此不会被水分子侵袭，在水中仍具备较高的湿强度，并且不会对纸张的透明度造成过多影响，透明度可高达92％，很好地实现了纤维素纸耐水性和透明性的平衡。此外，在浸湿后，较普通的透明纸具备更优秀的耐磨强度、耐破度、撕裂度、耐折度以及柔软度。本发明制备的耐水纸易降解，环境友好，兼具优越的性能和广阔的使用场景，具备良好的商业前景。

在其中一个实施例中，所述纤维素耐水透明纸的厚度为5μm～250μm。

在其中一个实施例中，所述纤维素提取自藤本植物、草本植物、木本植物中的至少一种。