一種利用竹原纖維制備柔性透明納米紙的方法技術

本發明專利技術提供了一種利用竹原纖維制備柔性透明納米紙的方法，以竹原纖維為原料，通過溶脹脫膠、脫木質素、漂白處理、納米纖絲化處理、成紙等五步處理過程，制備得到柔性透明納米紙。本發明專利技術采用高壓過濾成膜，工藝過程簡單，膜厚度可控；制得的透明納米紙具有微孔結構，比表面積大，透明性和柔性的特點。本發明專利技術的透明納米紙在太陽能薄膜電池、超級電容器、鋰離子電池隔膜、催化載體、環境治理、抗靜電等領域具有良好的應用前景。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術提供了，以竹原纖維為原料，通過溶脹脫膠、脫木質素、漂白處理、納米纖絲化處理、成紙等五步處理過程，制備得到柔性透明納米紙。本專利技術采用高壓過濾成膜，工藝過程簡單，膜厚度可控；制得的透明納米紙具有微孔結構，比表面積大，透明性和柔性的特點。本專利技術的透明納米紙在太陽能薄膜電池、超級電容器、鋰離子電池隔膜、催化載體、環境治理、抗靜電等領域具有良好的應用前景。【專利說明】
本專利技術涉及，屬于納米材料制備領域，特別是纖維素納米紙制備
。
技術介紹
當前在電子工業里最大的挑戰就是制造便攜式，柔性，低成本和可循環利用的器件。柔性電子正面向大面積、高效率、低成本方向發展，柔性顯示、薄膜傳感器、0LED、太陽能電池、人機交互及電子紡織等下一代柔性電子系統，對襯底材料的特性和襯底與導體材料之間的界面性能提出更高的要求。玻璃襯底廣泛的應用于電子和顯示器，具有較低的熱膨脹系數(CET)，但是脆性高易碎。美國Corning公司開發了一種高透明柔性玻璃，100 μ π!厚度彎曲的弧度半徑為40_，加工溫度為600°C高于塑料，而實用化需要進一步減小彎曲半徑。柔性塑料制品襯底因其優越的機械性能、輕質、制備簡單、低成本的優勢而在電子器件領域被廣泛應用，如有機太陽能電池、傳感器、循環電路等。現今，塑料襯底(PET、PEN、PC)雖然優勢不減，但在電子領域突飛猛進的今天，石油基體材料缺點也日漸明顯，較低的膨脹系數、加工溫度的嚴苛以及不可持續利用等短板已經開始被人們所重視。相對于玻璃和塑料襯底，納米紙具備了滿足大規模柔性電子襯底所必需的特性，因其柔性、透明、可持續利用的特點已經開始逐漸替代塑料制品，開始進入人們的視野并開始逐漸成為柔性電子的新興襯底。傳統的纖維有著獨特的分層結構，直徑25 μ m的纖維由許多微纖聚集而成，而微纖則由更小的原纖維構成。普通的紙是由25μπι左右的纖維素纖維構成，由于纖維的直徑過大，導致光散射嚴重，繼而導致紙張的不透明。當植物纖維直徑由微米級變為納米級時，相應抄造的紙由不透明逐漸變為透明，主要是因為構成紙的納米纖維素直徑遠小于光的波長，相比于普通纖維，這一性質極大地削減了光的散射，從而提高了紙的透明性。分散的孤立的納米纖維是很難直接應用，必須將其制成宏觀的基材，同時不失其納米材料的性能，才能便于應用。透明納米纖維紙就是這樣一種良好的基材，它不僅保持了納米纖維高比表面積的特性，還增強了其柔性、透明性等方面的優勢。目前報導的透明納米紙的制備方法主要有:1、納米纖維首先被冷凍干燥，在真空機械壓力的條件下除去空氣并減少空隙；2、將納米纖維素分散液真空抽濾，通過透光塑料的層壓獲得；3、將納米纖維素分散液先通過抄紙過程成膜，再經熱壓成型的方法制備紙張。以上前兩種方法制造的紙張往往無法控制膜厚、透明性等特性，而且形成的產品易開裂且紙張不易從載體剝離；而第三種方法過程復雜且資源消耗較大。故如何開發出一種高效制備技術已成為解決透明納米紙規模化制備的關鍵核心難題。本專利技術通過竹原纖維結構分析及組分精確分離，控制處理時間、試劑用量、納米化處理，將竹原纖維的直徑控制在納米級，獲得高長徑比納米纖絲化纖維素，專利技術了一種柔性透明的納米紙。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術中存在的問題，提供一種利用竹原纖維制備透明納米紙的方法。為達到上述目的，本專利技術采用如下技術方案，具體步驟為: a.溶脹脫膠:將2~3g竹纖維置入反應釜中，加入含NaOH4^8g的水溶液200g，將反應釜置于溫度為12(T16(TC的油浴中攪拌蒸煮2~4 h，抽濾洗滌至中性，取濾渣； b.脫木質素:將步驟a所得濾渣加入含乙酸、硫酸的混合溶液300mL，其中乙酸的體積分數為88%，硫酸的體積分數為0.3%，在7(T95°C下攪拌3-6h脫除木質素，抽濾洗滌至中性，取濾渣； c.漂白處理:將步驟b所得濾渣進行漂白處理，加入含0.5~2% NaClO2的溶液200~400mL，用CH3COOH調節pH至:1-4，油浴中60-90°C漂白4~6 h，抽濾洗滌至中性，取濾渣； d.納米纖絲化:將步驟c所得樣品用200mL乙醇稀釋,在細胞超聲粉碎機中800 w超聲粉碎廣2 h，再將纖維分散液稀釋加入均質機中，控制均質壓力為10(T300Mpa，循環15^40次，獲得粘稠纖維素溶膠； e.成紙:取步驟d所得的纖維素溶膠0.2g，加入適量乙醇稀釋，透析6~10 h，去除透析聚集物，水浴中超聲30 min，取適量上清液加入至過濾機中，控制壓力為f 4 MPa，擠出成膜，濕膜在4(T60°C下真空干燥，獲得柔性透明納米紙。上述的納米紙由100%納米纖絲化纖維素構成，直徑為2(T200nm，長徑比為20~100。上述的納米紙透光率大于80% ;納米紙具有微孔網絡結構，比表面積為5(T300m2/g°本專利技術一種利用竹原纖維制備透明納米紙的方法具有以下優點: (1)利用本專利技術方法可以合理高效利用自然資源，生態環境友好，獲得高附加值經濟效益； (2)高壓過濾成膜，膜厚可控，制得的透明納米紙具有微孔結構，比表面積大，具有透明性和柔性的特點； (3)工藝簡單、易于實施，能量消耗少、生產成本低，制備過程中不產生對環境有害副產物，產率較高。【專利附圖】【附圖說明】圖1是具體實施例一所得納米紙與普通紙(纖維直徑25 μ m)的對比照片； 圖2是具體實施例一所得納米紙與普通紙(纖維直徑25 μ m)的透光率對比圖； 圖3是具體實施例二所得納米紙與普通紙(纖維直徑25 μ m)的對比照片； 圖4是具體實施例一所得納米紙與普通紙(纖維直徑25 μ m)的透光率對比圖。【具體實施方式】下面結合實施例對本專利技術進行詳細說明: 實施例一:具體步驟如下: (I)溶脹脫膠:將3g竹原纖維置入反應釜中，加入含NaOH 4 g的水溶液200g，將反應釜置于溫度為120 °C的油浴中攪拌蒸煮3 h，抽濾洗滌至中性，取濾渣；(2)脫木質素:將上述步驟所得濾渣加入含乙酸、硫酸的混合溶液300 mL，其中乙酸的體積分數為88%，硫酸的體積分數為0.3%，在90 °C下攪拌4 h脫除木質素，抽濾洗滌至中性，取濾渣；(3)漂白:將上述步驟所得濾渣進行漂白處理，加入含1.5 % NaClO2的溶液200 mL，用CH3COOH調節pH至3?4，油浴中80°C漂白4 h，抽濾洗滌至中性，取濾渣；(4)纖絲化:將上述步驟所得樣品用200 mL乙醇稀釋，在細胞超聲粉碎機中800 w超聲粉碎I h，再將纖維分散液稀釋加入均質機中，控制均質壓力為lOOMPa，循環20次，獲得粘稠纖維素溶膠；(5)成紙:取上述纖維素溶膠0.2g,加入適量乙醇稀釋，透析6 h,水浴中超聲30min，取適量上清液加入至過濾機中，以IMpa的壓力成膜，濕膜在40°C下真空干燥，獲得透明納米紙。本實施方式所得納米纖維直徑為20nm，其成紙照片以及透光率與普通紙(25 μ m)的對比如圖1，2所示；本實施方式所得透明納米紙的比表面積為220 m2/g，透光率大于80%。實施例二:具體步驟如下: (I)溶脹脫膠:將3g竹原纖維置入反應釜中，加入含NaOH 6 g的水溶液200g，將反應釜置于溫度為140 °C的本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮欣，趙經鵬，施利毅，孟祥浩，曹紹梅，苗苗，王鋼領，方建慧，
申請(專利權)人：上海大學，
類型：發明
國別省市：