一种绿色电子设备生物塑料基底材料的制备及应用制造技术

本发明专利技术属于绿色电子产品领域，公开了一种绿色可降解电子设备基底材料的制备及应用。本发明专利技术选择纳米纤维素CNF和改性分级后的木质素FE

【技术实现步骤摘要】
一种绿色电子设备生物塑料基底材料的制备及应用


[0001]本专利技术属于绿色电子(Green Electronics,GE)领域，特别涉及一种绿色可降解电子设备基底材料的制备及应用。

技术介绍

[0002]现代社会消费电子产品(如由不可降解组件制成的手机和电脑)的更迭换代产生了越来越多的电子废弃产物，因此可持续使用的绿色电子产品成为了我们社会的关注热点。绿色电子产品通常由可生物降解材料构成，并表现出瞬态降解行为。在其生命周期中电子设备可以发挥其功能，但在使用结束时，这些设备会物理分解成对环境和人类健康威胁较小或无害的成分。绿色电子器件主要由基板、电极、互连材料和有源层材料组成。在这些组件中，基板是沉积上述多个功能组件层的基础，因此基材通常需要具有出色的机械、物理、化学和电气特性，以满足沉积功能件所需。同时，由于基板的面积大，与其他层相比，它通常会产生更多的电子废物，因此基板对于绿色电子产品在减少电子垃圾和实现各种功能方面起着至关重要的作用。
[0003]在所有绿色电子基板中，基于纤维素的基板是最原始和最便宜的，纤维素具有天然丰富、廉价、柔韧、可变形、重量轻、可处理和可回收等特性，基于纤维素的基板得到了大量的研究。纤维素通常存在于天然材料中，例如植物和藻类。最近的研究表明，普通纤维素纸可用作某些电子设备的基材，例如射频识别(RFID)、传感器、触摸板、电(热)色显示器、和电致发光设备。普通纤维素纸由于其成熟的制造工艺、环保和成本效益，在绿色电子产品领域得到了广泛应用。尽管具有这些独特的优点，常规纤维素纸基材仍然有难以解决的高粗糙度(～μm)问题，而高粗糙度对电子设备危害巨大。作为基板，高表面粗糙度通常会导致低电导率甚至电路损坏，而高电导率对于大多数电子应用是至关重要的。同时，高表面粗糙度会导致印刷或沉积电路的分辨率低，这将限制基底材料在晶体管或有机二极管薄膜器件等高端电子器件上的应用，这些设备通常需要分子光滑的表面(～nm)。通常，普通纤维素纸的高粗糙度可以通过涂布或层压的方法来解决。通过添加涂层，普通纤维素纸可以通过覆盖普通涂层材料来获得光滑的表面，但其粗糙度仍然很高(～55nm到～260nm)，不能满足高端器件应用的要求。另一方面，普通纤维素纸也可以用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和环氧树脂等塑料涂布或层压以获得低粗糙度(～10nm)，但塑料的加入会使得基材的降解变得困难。此外，由碱水溶液(NaOH或LiOH)/尿素(AU)系统制备的再生纤维素纤维(RCF)基材也是绿色电子产品的良好候选者。RCF制造的基板光滑(～5nm)、透明和水溶性好，但它们仍因机械性能弱(～25MPa)得不到较广泛的应用，而且较弱的机械性能限制了使用高成本效益的卷对卷工艺设备的生产。相对而言，新出现的透明纳米纸没有上述众多局限性，并且具有显著的优异特性，在最近的很多研究中常被用作绿色电子产品的基板。它具有出色的表面平滑度(～5nm)、光学透射率和机械性能，但其高成本(约100美元/磅)仍然导致它在绿色电子产品中没有得到广泛应用。总而言之，基于纤维素的基板表现出显著的优异特性，它们在绿色电子产品中的应用极具潜力。然而，制备具有低表面粗糙度、高强度、可生物降解性和低成本的
绿色电子产品所需的纤维素基基板仍然是一个挑战。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种绿色可降解电子设备基底材料的制备方法。
[0005]本专利技术另一目的在于提供上述方法制备的绿色可降解电子设备基底材料。
[0006]本专利技术再一目的在于提供上述绿色可降解电子设备基底材料在射频识别(RFID)电子标签方面的应用。
[0007]本专利技术的目的通过下述方案实现：
[0008]一种绿色可降解电子设备基底材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)CNF(纳米纤维素)的制备：将绝干纤维原料粉碎，加入到缓冲液中搅拌分散得到浆液，再加入TEMPO(2,2,6,6
‑
四甲基哌啶氮氧化物)、NaBr和NaClO，开始反应，同时用碱调节浆液的pH值在10.00～10.20，待浆液的颜色变为白色，pH不再下降时反应结束，用水抽滤洗涤至pH值为7，经过高压纳米均质后制备成纳米纤维素悬浮液即CNF悬浮液，储存备用；
[0010](2)FE
‑
LS(环氧化分级木质素)的制备：将木质素磺酸盐(LS)用具有不同截留分子量的透析袋(3.5K、7K、14K)进行透析和分级，得到分子量范围大于14K的F
‑
LS溶液，用碱溶液调节F
‑
LS溶液pH值到9.50
‑
10.50，再将C3H5OCl加入到F
‑
LS溶液中进行反应，反应结束后将所得反应液冷却至室温后，除去多余的C3H5OCl，最终得到FE
‑
LS溶液；
[0011](3)将CNF悬浮液和FE
‑
LS溶液混合均匀，并在烘箱中干燥，得木质素/纳米纤维素(FE
‑
LS/CNF)复合膜，即绿色可降解电子设备基底材料。
[0012]步骤(1)中所述的绝干纤维原料优选为绝干漂白针叶木木浆、竹浆、麻纤维、棉纤维中的一种。
[0013]步骤(1)所述缓冲液为硼砂
‑
氢氧化钠缓冲液、碳酸钠
‑
碳酸氢钠缓冲液、碳酸钠
‑
氢氧化钠缓冲液中的一种，优选为按0.1mol/L碳酸钠水溶液和0.1mol/L碳酸氢钠水溶液的体积比为3:2进行配制得到的混合溶液。
[0014]步骤(1)所述绝干纤维原料、TEMPO、NaBr、NaClO用量满足以下要求：每8g绝干纤维原料对应使用0.128gTEMPO、0.8g的NaBr以及120
‑
140mlNaClO水溶液(有效氯：7.5％，游离碱含量：0.1
‑
1％)；每8g绝干纤维原料对应加入到800mL的缓冲液中。
[0015]步骤(1)中所述的高压纳米均质是指采用纳米微射流均质机进行均质，操作压力20000PSI(1380Bar)，使CNF溶液呈现淡蓝色，不挂壁的液体状态；均质时间优选为30min。
[0016]步骤(1)中所述的储存备用是指在4℃下储存备用。
[0017]步骤(2)中所述的透析优选为用具有不同截留分子量的透析袋(3.5K、7K、14K)进行透析和分级。
[0018]步骤(2)所述C3H5OCl和F
‑
LS溶液用量满足：C3H5OCl与F
‑
LS的质量比大于0.05，小于0.07。
[0019]步骤(2)中所述的反应是指在40
‑
60℃反应6
‑
10h，优选为在50℃搅拌8h；步骤(2)中所述的除去多余的C3H5OCl是指用二氯甲烷洗涤反应液。
[0020]步骤(3)中所述的干燥是指在35
‑
40℃干燥。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绿色可降解电子设备基底材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)纳米纤维素CNF的制备：将绝干纤维原料粉碎，加入到缓冲液中搅拌分散得到浆液，再加入2,2,6,6
‑
四甲基哌啶氮氧化物、NaBr和NaClO，开始反应，同时用碱调节浆液的pH值在10.00～10.20，待浆液的颜色变为白色，pH不再下降时反应结束，用水抽滤洗涤至pH值为7，经过均质后制备成纳米纤维素CNF悬浮液，储存备用；(2)环氧化分级木质素FE
‑
LS的制备：将木质素磺酸盐LS用透析袋进行透析和分级，得到分子量范围大于14K的F
‑
LS溶液，用碱溶液调节F
‑
LS溶液pH值到9.50
‑
10.50，再将C3H5OCl加入到F
‑
LS溶液中进行反应，反应结束后将所得反应液冷却至室温后，除去多余的C3H5OCl，最终得到FE
‑
LS溶液；(3)将CNF悬浮液和FE
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LS溶液混合均匀，并在烘箱中干燥，得木质素/纳米纤维素复合膜FE
‑
LS/CNF，即所述绿色可降解电子设备基底材料。2.根据权利要求1所述的绿色可降解电子设备基底材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的绝干纤维原料为绝干漂白针叶木木浆、竹浆、麻纤维、棉纤维中的一种；步骤(1)所述缓冲液为硼砂
‑
氢氧化钠缓冲液、碳酸钠
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碳酸氢钠缓冲液、碳酸钠
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氢氧化钠缓冲液中的一种，优选为按0.1mol/L碳酸钠水溶液和0.1mol/L碳酸氢钠水溶液的体积比为3:2进行配制得到的混合溶液。3.根据权利要求1所述的绿色可降解电子设备基底材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述绝干纤维原料、2,2,6,6
‑
四甲基哌啶氮氧化物、NaBr、NaClO用...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶劲松，贾冬梅，刘浩，
申请(专利权)人：安徽粤智徽源生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：