【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纤维素薄膜材料，具体涉及一种兼具高光学雾度和高疏水性的纳米纤维素基透明薄膜的制备方法与应用。
技术介绍
1、柔性电子产品因其便携性、灵活性和通用性而越来越受到市场的关注。然而，这些产品数量的快速增长和淘汰速度的加快导致了来自石油基衬底材料的不可降解电子废物的激增，造成了严重的环境问题。从研究的角度来看，将生物聚合物材料集成到柔性电子器件中在减少电子垃圾方面具有很大的应用前景。纤维素材料是地球上最丰富的天然聚合物，具有可生物降解性、表面易改性、机械强度高等优点。目前，它被用作太阳能电池、发光二极管(led)、电致发光器件等柔性光电器件中的绿色衬底材料。然而，纤维素基透明薄膜材料由于其固有的亲水性以及相对较差的光学性能，在商业应用方面仍面临挑战。因此，采用多功能设计策略开发高疏水性和高雾度柔性透明纤维素薄膜材料仍然是一个持续的挑战。
2、天然纤维素薄膜材料的透明度有限，阻碍了其在柔性光电器件中的应用。为了增强其光学性能，纤维素纳米纤维(cnf)通过机械和化学方法制备。纤维尺寸的减小和填充密度的增加显著提高了cnf薄膜的透明度。利用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧(tempo)氧化和机械处理，可以高效合成具有大量活性羧基官能团的氧化纤维素纳米纤维(tcnf)。然而，尽管提高了tcnf的透明度，但由于纤维表面存在亲水性基团，其抗水侵蚀能力较弱。因此，需要额外的改性处理来增强其疏水性。纤维素纳米纤维疏水改性的常用方法包括物理吸附、酯化、硅烷化和接枝共聚。目前，广泛使用的酯化和酰胺化技术可在tcnf表面通过羧基官
3、纤维素纳米纤维的光学性能可以根据不同的应用场景进行调整。在太阳能电池中，高透明度的纤维素纳米纤维素薄膜材料具有显著的内置雾度，主要是因为它们能够利用强大的前向散射光，有效的光收集增加了太阳能电池吸收层的光路长度，提高了功率转换效率。增强内置雾度的一种方法是将光散射介质掺入纤维素纳米纤维透明薄膜材料中，其基本原理是改变了材料的表面特性和内部结构。碳酸钙是一种无机矿物，由于其光学折射率与纤维素材料不同，因此可以将其添加到tcnf薄膜中作为光散射介质来调节固有的雾度水平。高度羧化的tcnf材料通过有效络合钙离子并为无定形碳酸钙(acc)的形成提供成核中心，在生物矿化应用方面表现出巨大的潜力。然而，tcnf材料的固有性质对生物矿化tcnf薄膜材料acc稳定性和光学性能的影响仍未被探索。因此，研究酰胺改性tcnf薄膜材料中多功能特征组分的设计方法和形成机制至关重要。
技术实现思路
1、为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种高光学雾度和高疏水性的纳米纤维素基透明薄膜。
2、采用基于多功能设计策略的两步法，通过十八胺(oda)酰胺化tcnf和原位生长无定形碳酸钙(acc)获得薄膜。首先制备了不同羧基含量的tcnf，然后提供了一种由乙醇和水组成的绿色、简单、高效的溶剂体系。探索了不同的酰胺化条件，成功地将疏水长链烷基接枝到tcnf上。随后，改性纤维中残留的羧基与一定量的钙离子络合，同时引入碳酸盐离子，实现无定形碳酸钙的原位生长。最后，对制备的tcnf/oda/caco3复合膜的疏水性和光学特性进行了测试。在最佳条件下，获得了具有高疏水性、高雾度和柔韧性的可持续透明复合薄膜。
3、本专利技术另一目的在于提出了一种新的研究概念和方法，旨在利用这种多功能和可持续的复合薄膜材料用于光电器件的光学管理元件。
4、为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
5、一种高光学雾度和高疏水性的纳米纤维素基透明薄膜的制备方法，包括以下步骤：
6、1)将绝对干软木浆(40g)分散在4000ml去离子水中，混合数小时后，将tempo(0.64g)、nabr(4g)和naclo溶液依次加入悬浮液中。次氯化钠溶液的加入量取决于有效氯含量。在不断搅拌的情况下，用0.1m naoh将系统的ph值持续调整在10左右。一旦ph值保持稳定1小时，通过向系统中加入50ml乙醇来终止反应。将得到的悬浮液用去离子水洗涤至中性，然后稀释至0.2wt％的浓度。用不同量的naclo溶液制备不同氧化程度的tcnf样品。
7、2)将oda溶解在乙醇溶液中，然后将oda溶液添加到固体含量为50mg的tcnf溶液中，充分混合搅拌2小时后，用盐酸调节ph至8左右。然后在60℃的温度下进行16h的回流加热。随后用乙醇和去离子水离心洗涤反应产物，得到tcnf/oda悬浮液。
8、3)将0.2m氯化钙溶液加入tcnf/oda悬浮液中。在剧烈搅拌1h后，加入等量的na2co3溶液(0.2m)到悬浮液中反应持续1h。然后，通过真空过滤制备tcnf/oda/caco3复合膜，然后在60℃下进行热压干燥。
9、步骤1)优选的，所述的次氯化钠溶液的加入量取决于有效氯含量，为每克纤维素7.5mmol～12mmol；
10、更优选的，所述的次氯化钠溶液的加入量取决于有效氯含量为每克纤维素10.5mmol。
11、更优选的，所述浆料为松木浆、杨木浆、桉木浆和麦草浆中至少一种。
12、步骤2)优选的，所述oda与tcnf的质量比为5:1～5:7；
13、更优选的，所述oda与tcnf的质量比为5:5。
14、优选的，所述反应的温度为40～70℃，时间为8～20h。
15、优选的，所述反应的ph值为7-9，更优选为8。
16、优选的，所述反应的溶剂体系为乙醇与水溶剂，比例为2:1。
17、步骤3)优选的氯化钙溶液和碳酸钙溶液浓度为0.15-0.25m，更优选为0.2m。
18、优选的，所述反应的时间为0.5～2h，更优选的为1h。
19、优选的，所述caco3相对于tcnf/oda的质量百分比为3％-7.5％。
20、优选的，所述热压干燥温度为60～80℃。
21、优选的，所述反应后，悬浮液经过真空抽滤，再热压干燥，得到tcnf/oda/caco3复合薄膜。
22、本专利技术提供上述的制备方法制备得到的tcnf/oda/caco3复合薄膜。
23、上述的tcnf/oda/caco3复合薄膜在制备太阳能电池光管理组件中的应用。
24、优选的，所述太阳能电池为硅基太阳能电池板。
25、本专利技术得到的tcnf/oda/caco3复合薄膜具有高疏水性、高雾度和柔韧性，拥有84.8％的光学雾度，水接触角达到138.21°，可实现太阳能电池良好的光管理效果，提高使用光电转换效率。
26、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：
27、(1)本专利技术采用绿色简单的乙醇和水混合溶剂体系作为纳米纤维素酰胺化反应体系，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种兼具高光学雾度和高疏水性的纳米纤维素基透明薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中次氯化钠溶液的加入量取决于有效氯含量，为每克纤维素10.5mmol。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)酰胺化反应的温度为40～70oC，时间为8～20h；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)氯化钙溶液和碳酸钙溶液浓度为0.15-0.25M；
5.权利要求1-4任一项所述的制备方法制备得到的TCNF/ODA/CaCO3复合膜。
6.权利要求5所述的制备方法制备得到的TCNF/ODA/CaCO3复合膜在制备太阳能电池光管理组件中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述太阳能电池为硅基太阳能电池板。
【技术特征摘要】
1.一种兼具高光学雾度和高疏水性的纳米纤维素基透明薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中次氯化钠溶液的加入量取决于有效氯含量，为每克纤维素10.5mmol。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)酰胺化反应的温度为40～70oc，时间为8～20h；
4.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾劲松，刘冰洋，
申请(专利权)人：广东松恒科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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