一种高强度、高透光率的柔性基底薄膜及其应用

技术领域

本发明涉及透明导电薄膜技术领域，具体涉及一种高强度、高透光率的柔性基底薄膜及其应用。

背景技术

柔性透明导电薄膜是平板电脑、智能手机、有机发光二极管、电子皮肤等电子器件中不可或缺的组成部分，一般由薄膜导电层和基底薄膜组成。作为柔性透明导电薄膜的基底薄膜，除了需要较高的透光率，还需要有良好的柔性和机械强度。常用的基底薄膜材料可分为两大类，一种是石油基材料如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等，另外一种是生物质材料如纳米纤维素(CNF)、壳聚糖(CS)、海藻酸钠(SA)等。虽然使用石油基材料制备的柔性透明导电薄膜表现出了较好的综合性能，但随着全球石油资源日益枯竭以及石油基材料难以降解带来的污染日益严重，科研人员们开始把目光投入到来源广泛价格低廉的生物质材料。如专利号为CN201710836660.7的“基于银纳米线导电网络的壳聚糖柔性透明导电薄膜”、专利号为CN201410019636.0的“一种基于海藻酸钠的透明导电薄膜及其制备方法”分别公开了以壳聚糖、海藻酸钠为基底薄膜制备的柔性透明导电薄膜。但以生物质材料制备的基底薄膜机械力学较弱，难以满足实际使用。采用合适的交联剂交联生物质材料，能有效提升生物质的机械力学性能。如专利号为CN201811331533.2的“一种交联改性海藻酸钠薄膜的制备方法”公开了以氯化钙交联处理海藻酸钠，有效提升了海藻酸钠的力学性能。

羧甲基纤维素钠是纤维素羧甲基化的衍生物，是产量最大、应用最广的天然多糖高分子，其含有丰富羟基集团，具有良好的生物降解性、生物相容性和成膜性，因其安全无毒而被广泛应用于食品、医药、石油、纺织等行业中，也被用来开发各种功能性羧甲基纤维素钠薄膜，但羧甲基纤维素钠膜品质一般，膜脆、阴湿性差、热稳定性一般。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足，本发明提供了一种高强度、高透光率的柔性基底薄膜及其应用，该基底薄膜的制备方法简单，在较低温度下就可以进行，具有强度大和透光率好的优点。

实现本发明的上述目的所采用的技术方案为：

一种高强度、高透光率的柔性基底薄膜，提供一种聚异氰酸酯-羧甲基纤维素钠共混膜，采用以下方法制备：

(1)将羧甲基纤维素钠粉末置于溶剂体系中溶解，搅拌均匀，脱除气泡，得到羧甲基纤维素钠溶液；

(2)将水溶性聚异氰酸酯溶液滴加到羧甲基纤维素钠溶液中，搅拌均匀，脱除气泡，得到羧甲基纤维钠和水溶性聚异氰酸酯共混溶液；

(3)将共混溶液倒入培养皿中，恒温干燥完成交联，将其从培养皿上剥离，得到聚异氰酸酯-羧甲基纤维素钠共混膜。

进一步的，采用水为溶剂体系溶解羧甲基纤维素钠粉末，制得的羧甲基纤维素钠溶液质量百分比浓度为2％-5％，优选的，羧甲基纤维素钠溶液质量百分比浓度为2％。

进一步的，水溶性聚异氰酸酯的质量百分比浓度为1％-5％。

进一步的，步骤(1)中的羧甲基纤维素钠溶液搅拌温度为60-80℃，搅拌时间为1-3h。

进一步的，步骤(2)中搅拌时间为1-2h。

进一步的，步骤(3)中的干燥温度为40-60℃，干燥时间12-14h，优选的，干燥温度为50℃，干燥时间为12h。

进一步的，柔性基底导电薄膜在电子器件上的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果和优点在于：

1.本发明的柔性基底薄膜的原料来源广泛、价格低廉、制备薄膜方法简单，采用水溶性聚异氰酸酯作为交联剂与羧甲基纤维素钠进行交联反应，聚异氰酸酯含有大量的异氰酸根，与羧甲基纤维素钠交联，有助于提升薄膜的力学性能；同时无毒无害、低能耗、符合环保节能的要求，制备的薄膜还具有较高的透光率和较好的机械力学性能。

2.本发明的柔性基底薄膜的强度高、透光率好、韧性好，断裂强度高达75Mpa，光学透光率高达91％，断裂伸长率高达10％。

3.本发明的柔性基底薄膜采用水为溶剂，在较低的温度下就可以进行制备，成本较低，在电子设备方面具有较好的应用前景。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为实施例1-3与对比例1制得的一种高强度、高透光率的柔性基底薄膜使用分光光度计在550nm下的光学透过率图；

图2为实施例1-3与对比例1制得的一种高强度、高透光率的柔性基底薄膜在外力作用下的应力-拉伸强度曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚的说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

(1)称取10g羧甲基纤维素钠粉末溶解于500g去离子水中，置于60℃搅拌1h至均一透明，搅拌结束后于室温下放置一段时间脱除气泡，得到2wt％的羧甲基纤维素钠溶液。

(2)称取1wt％水溶性聚异氰酸酯滴加到步骤(1)的羧甲基纤维素钠溶液中，室温搅拌1h。搅拌结束后于室温下放置一段时间脱除气泡，得到羧甲基纤维素钠和水溶性聚异氰酸酯共混溶液。

(3)将共混溶液浇倒入培养皿中，放入鼓风干燥箱中，温度为50℃，持续12h完成交联反应，将其从培养皿上剥离，得到聚异氰酸酯-羧甲基纤维素钠共混膜，即为柔性基底薄膜。

实施例2

(1)称取10g羧甲基纤维素钠粉末溶解于500g去离子水中，置于70℃搅拌2h至均一透明，搅拌结束后于室温下放置一段时间脱除气泡，得到2wt％的羧甲基纤维素钠溶液。

(2)称取3％水溶性聚异氰酸酯滴加到步骤(1)的羧甲基纤维素钠溶液中，室温搅拌1.5h。搅拌结束后于室温下放置一段时间脱除气泡，得到羧甲基纤维素钠和水溶性聚异氰酸酯共混溶液。

(3)将共混溶液浇倒入培养皿中，放入鼓风干燥箱中，温度为50℃，持续12h完成交联反应，将其从培养皿上剥离，得到聚异氰酸酯-羧甲基纤维素钠共混膜，即为柔性基底薄膜。

实施例3

(1)称取10g羧甲基纤维素钠粉末溶解于500g去离子水中，置于80℃搅拌3h至均一透明，搅拌结束后于室温下放置一段时间脱除气泡，得到2wt％的羧甲基纤维素钠溶液。

(2)称取5％水溶性聚异氰酸酯滴加到步骤(1)的羧甲基纤维素钠溶液中，室温搅拌2h。搅拌结束后于室温下放置一段时间脱除气泡，得到羧甲基纤维素钠和水溶性聚异氰酸酯共混溶液。

(3)将共混溶液浇倒入培养皿中，放入鼓风干燥箱中，温度为50℃，持续12h完成交联反应，将其从培养皿上剥离，得到聚异氰酸酯-羧甲基纤维素钠共混膜，即为柔性基底薄膜。

对比例1

(1)称取10g羧甲基纤维素钠粉末溶解于500g去离子水中，置于70℃搅拌2h至均一透明，搅拌结束后于室温下放置一段时间脱除气泡，得到2wt％的羧甲基纤维素钠溶液。

(2)将羧甲基纤维素钠溶液倒入培养皿中，放入鼓风干燥箱中，温度为50℃，持续12h，将其从培养皿上剥离，得到羧甲基纤维素钠膜。

实施例4

将实施例1-3中制得的一种高强度、高透光率的柔性基底薄膜与对比例1中制得的柔性基底薄膜进行光学透过率测试，具体的，采用分光光度计在可见光0-800nm的条件下测量薄膜，测得每一个波长下的透光率，结果如图1所示。

从图1中可以看出，随着波长的增加，实施例1-3和对比例1的光学透过率分别呈现增长的趋势，透光率越大，则透光性性能越好，在550nm的条件下，实施例1中制得的柔性基底薄膜达到的光学透过率为90％，实施例2中制得的柔性基底导电薄膜达到的光学透过率为88％，实施例3中制得的柔性基底导电薄膜达到的光学透过率为87％，对比例1中制得的柔性基底导电薄膜达到的光学透过率为93％，可见，本发明中采用将羧甲基纤维钠与水溶性聚异氰酸酯进行反应仍具有较高的光学透过率，透光性能较好。

实施例5

将实施例1-3中制得的制得的一种高强度、高透光率的柔性基底薄膜与对比例1中的柔性基底薄膜进行断裂强度测试，采用薄膜断裂强度测试仪进行拉压测试，记录数值，结果如图2所示。

由图2可知，随着压力的增加，实施例1中制得的柔性基底薄膜断裂强度为41Mpa，断裂伸长率为6％，实施例2中制得的柔性基底薄膜断裂强度为64Mpa，断裂伸长率为10％，实施例3中制得的柔性基底薄膜断裂强度为75Mpa，断裂伸长率为10％，对比例1中制得的柔性基底薄膜断裂强度为30Mpa，断裂伸长率为3.5％，可见，断裂强度越大，所制备的柔性基底导电薄膜的强度越高。

本发明的一种高强度、高透光率的柔性基底薄膜具有良好的透光性能，以及较好的机械力学性能，采用羧甲基纤维素钠制作基底薄膜具有良好的耐弯折性能，可进行大规模的工业化生产。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化的改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。