一种纤维素膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种纤维素膜及其制备方法与应用。纤维素膜包含：纤维素膜基体和以颗粒形式均匀分散在所述纤维素膜基体中的光散射介质，所述光散射介质为生物质和生物质衍生物中的至少一种。利用不同物质在同一体系的溶解度差异，使溶解度较差的物质在纤维素膜中充当光散射介质，同时增加纤维素膜的表面粗糙度，从而实现高雾度高透光率纤维素薄膜的制备；或利用相同物质在不同条件下的溶解度差异，使未完全溶解的物质在纤维素膜中充当光散射介质，同时增加纤维素膜的表面粗糙度，实现高雾度高透光率薄膜的制备。获得的兼具高透光率与高雾度的纤维素薄膜材料，其透光率保持在75％以上，其雾度在5-95％之间可调节，是一种理想的生物基可降解光扩散材料。基可降解光扩散材料。基可降解光扩散材料。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维素膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于生物质光电学材料
，涉及一种纤维素膜及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]雾度是指透过试样而偏离入射光方向的散射光通量与透射光通量之比，用百分数表示，通常把偏离入射光方向2.5
°
以上的散射光通量用于计算雾度。透光率是指透过试样的光通量与入射光通量之比，用百分数表示。我们常见的透明材料都有着较高的透光率和较低的雾度，而高雾度高透光率材料则既能使光线通过，又能有效的散射入射光，可以将传统的点光源转化为面光源。不同的应用领域对材料的雾度要求是不一样的，如液晶显示器、触摸屏等都使希望材料有较高的透光率和较低的雾度；在户外显示器、太阳能电池等领域都希望材料有较高透光率的同时，有着较高的雾度。只有在雾度>40％的时候，户外显示器才有方眩光的效果，并且高雾度材料可以通过散射作用使光在材料内部的传输路径增加来提高其光耦合率，从而提高太阳能电池的光转化效率。LED具有亮度高、发热少、寿命长等优点受到人们的关注。但是LED光源方向性较强，在其使用过程中，背光单元是其中必不可少的光电子元件，背光单元中的关键材料是具有光散射作用的高雾度高透光率材料。
[0003]随着能源问题的日益严重，可再生的绿色纯天然材料受到了人们的重视。纤维素是自然中储量最大的天然高分子材料，具有来源广、可降解再生、低污染等优点，这种可再生资源的开发和利用也引起了社会的广泛关注。目前已经有较多的研究人员利用这种纯天然生物质材料制备高雾度高透光率材料，且拥有较为出色的性能。但是能够开发出一种制备雾度可调节的纤维素基薄膜的方法，且制备方法简单易行，适合大规模生产仍具有较大的实用意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术基于不同生物质或生物质衍生物在离子液体中的选择性溶解，提供一种纤维素膜，其包含：纤维素膜基体和以颗粒形式均匀分散在所述纤维素膜基体中的光散射介质，所述光散射介质可以为生物质和生物质衍生物中的至少一种；例如，所述光散射介质可以选自壳聚糖、甲壳素、淀粉、木质素、纤维素酯、纤维素醚和微晶纤维素中的至少一种；其中，所述纤维素酯可以选自醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、丙酸纤维素、丁酸纤维素、纤维素硝酸酯、纤维素硫酸酯、纤维素苯甲酸酯和纤维素肉桂酸酯中的至少一种，所述纤维素醚可以选自甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素和羟乙基纤维素中的至少一种，所述木质素可以选自碱性木质素、硫酸盐木质素、溶剂木质素、酸水解木质素、酶法木质素中的至少一种。示例性地，所述光散射介质为壳聚糖、微晶纤维素或木质素。
[0005]根据本专利技术的实施方案，所述纤维素膜基体和光散射介质的质量比可以为1:(0.02-0.75)，例如质量比为1:(0.05-0.5)、又如为1:(0.0625-0.35)，示例性地，质量比为1:0.125、1:0.1875、1:0.25或1:0.5。
[0006]根据本专利技术的实施方案，所述光散射介质的粒径为100-2000目，例如200-1800目，示例性为200目、300目、500目、750目、1000目、1500目或1800目。
[0007]根据本专利技术的实施方案，所述纤维素膜基体的材质可以为棉浆纤维素、微晶纤维素、木浆粕、竹浆粕、脱脂棉、甘蔗渣、木材和从植物秸秆中制得的纤维素(例如小麦秸秆、油菜秸秆、玉米秸秆、稻草等)中的至少一种，优选为棉浆纤维素。
[0008]根据本专利技术的实施方案，所述纤维素膜的透光率在75％以上，例如78％以上，优选84％以上，更优选在85％以上。
[0009]根据本专利技术的实施方案，所述纤维素膜的雾度在5-95％之间，例如在8-85％之间，又如在30-75％之间。
[0010]根据本专利技术的实施方案，所述纤维素膜的厚度为20-80μm，例如30-60μm，又如40-50μm。
[0011]本专利技术还提供所述纤维素膜的制备方法，包括如下步骤：
[0012](1)将光散射介质分散到纤维素膜基体/离子液体的均一溶液中，所述光散射介质在所述均一溶液中呈悬浮状态；
[0013](2)步骤(1)溶液体系成膜后，置于凝固浴中再生，得到纤维素凝胶膜，对所述纤维素凝胶膜进行干燥后，得到所述纤维素膜。
[0014]根据本专利技术的实施方案，所述光散射介质和纤维素膜基体均具有如上文所述的含义和质量比。
[0015]根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中，所述纤维素膜基体/离子液体的均一溶液中，所述纤维素膜基体与离子液体的质量比可以为(0.01-0.1):1，例如为(0.02-0.07):1，示例性为0.04:1、0.05:1。
[0016]根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中，所述离子液体是由咪唑或吡啶型阳离子与阴离子所形成的、熔点低于100℃的有机熔融盐。例如，所述离子液体选自加热能够溶解纤维素膜基体材质，但相同温度下不溶或不易溶解光散射介质，或者，能够通过温度差使光分散介质不溶或不易溶的离子液体。例如，所述离子液体的阳离子选自下述中的至少一种：1-乙基-3-甲基咪唑阳离子、1-丙基-3-甲基咪唑阳离子、1-烯丙基-3-甲基咪唑阳离子、1-丁基-3-甲基咪唑阳离子、N-乙基吡啶阳离子、N-丁基吡啶阳离子、N-正己基吡啶阳离子；示例性地，所述阳离子选自下述中的至少一种：1-乙基-3-甲基咪唑阳离子、1-烯丙基-3-甲基咪唑阳离子和1-丁基-3-甲基咪唑阳离子。
[0017]例如，所述离子液体的阴离子选自下述中的至少一种：氯离子、溴离子、甲酸根离子、醋酸根离子、丙酸根离子、丁酸根离子和磷酸甲酯离子；示例性地，所述阴离子选自下述中的至少一种：氯离子、甲酸根离子、醋酸根离子和磷酸甲酯离子。
[0018]根据本专利技术示例性的方案，所述离子液体可以选自AmimCl离子液体。
[0019]根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中，所述离子液体的纯度在90％以上，例如在95％以上。
[0020]根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中，可以先将光散射介质分散于光分散介质的不良溶剂中，得到光散射介质的悬浮液。其中，所述不良溶剂可以选自纤维素膜基体的良溶剂和/或共溶剂，例如选自N,N-二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、四氢呋喃(THF)、丙酮、氯仿、吡啶、N-甲基吡咯烷酮、上述离子液体中的至少一
种；示例性为DMF。其中，所述光散射介质与所述不良溶剂的质量体积比可以为(0.2-4):1g/mL，例如(0.5-3):1g/mL，示例性为0.67:1g/mL、0.1g/mL、0.13g/mL、0.27g/mL。
[0021]根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中，所述光散射介质在均一溶液中的悬浮状态的获得，可以通过下述方式获得：(a)选用在所述离子液体中不溶或不易溶(包括难溶或微溶)的物质(例如壳聚糖、甲壳素、淀粉、木质素等多糖)作为光散射介质；或者，(b)利用纤维素在不同温度下的溶解度差异，比如先将纤维素膜基体加热溶解于离子液体中，得到均一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维素膜，其特征在于，所述纤维素膜包含：纤维素膜基体和以颗粒形式均匀分散在所述纤维素膜基体中的光散射介质，所述光散射介质为生物质和生物质衍生物中的至少一种。2.根据权利要求1所述的纤维素膜，其特征字在于，所述光散射介质选自壳聚糖、甲壳素、淀粉、木质素、纤维素酯、纤维素醚和微晶纤维素中的至少一种；优选地，所述纤维素酯选自醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、丙酸纤维素、丁酸纤维素、纤维素硝酸酯、纤维素硫酸酯、纤维素苯甲酸酯和纤维素肉桂酸酯中的至少一种，优选地，所述纤维素醚选自甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素和羟乙基纤维素中的至少一种，优选地，所述木质素选自碱性木质素、硫酸盐木质素、溶剂木质素、酸水解木质素、酶法木质素中的至少一种。优选地，所述纤维素膜基体和光散射介质的质量比为1:(0.02-0.75)。优选地，所述光散射介质的粒径为100-2000目。优选地，所述纤维素膜基体的材质为棉浆纤维素、微晶纤维素、木浆粕、竹浆粕、脱脂棉、甘蔗渣、木材和从植物秸秆中制得的纤维素中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的纤维素膜，其特征在于，所述纤维素膜的透光率在75％以上。优选地，所述纤维素膜的雾度在5-95％之间。优选地，所述纤维素膜的厚度为20-80μm。4.权利要求1-3任一项所述纤维素膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将光散射介质分散到纤维素膜基体/离子液体的均一溶液中，所述光散射介质在所述均一溶液中呈悬浮状态；(2)步骤(1)溶液体系成膜后，置于凝固浴中再生，得到纤维素凝胶膜，对所述纤维素凝胶膜进行干燥后，得到所述纤维素膜。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述纤维素膜基体/离子液体的均一溶液中，所述纤维素膜基体与离子液体的质量比为(0.01-0.1):1。优选地，步骤(1)中，所述离子液体是由咪唑或吡啶型阳离子与阴离子所形成的、熔点低于100℃的有机熔融盐。优选地，所述离子液体选自加热能够溶解纤维素膜基体材质，但相同温度下不溶或不易溶解光散射介质，或者，能够通过温度差使光分散介质不溶或不易溶的离子液体。优选地，所述离子液体的阳离子选自下述中的至少一种：1-乙基-3-甲基咪唑阳离子、1-丙基-3-甲基咪唑阳离子、1-烯丙基-3-甲基咪唑阳离子、1-丁基-3-甲基咪唑阳离子、N-乙基吡啶阳离子、N-丁基吡啶阳离子、N-正己基吡啶阳离子。优选地，所述离子液体的阴离子选自下述中的至少一种：氯离子、溴离子、甲酸根离子、醋酸根...

【专利技术属性】
技术研发人员：田卫国，程一休，张晓程，张军，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：