本发明专利技术公开了一种表面疏水片状纤维素的制备方法，包括将纤维素在NaOH水溶液中浸润，之后与非极性有机溶剂、反应试剂混合，在磁力搅拌器上加热搅拌，最后物理破碎，经离心洗涤并真空干燥后，得到表面疏水片状纤维素。本发明专利技术得到的表面疏水片状纤维素的厚度为0.01-0.5微米，粒径为5-50微米，与水的接触角可达到100°-120°，不仅获得了片状纤维素，疏水性的改进也远高于现有的处理效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高分子材料领域。更具体地，涉及一种表面疏水片状纤维素的制备方法及该片状纤维素。
技术介绍
纤维素是自然界储量最为丰富的天然高分子，可迅速再生，每年再生量超过1.0×1000吨。同时纤维素还具有易降解、无污染、易于表面改性等优点。由于其表面富含了大量的羟基，使得它具有很好的亲水性质。但这种强亲水性不仅降低了纤维素材料的耐用性，同时也造成了纤维素在与其他疏水性材料进行复合加工时与基体的相容性很差，导致复合材料性能不高，这使得纤维素在很多领域的应用受到一定程度的限制。因此，发展疏水改性的纤维素材料对改善生态环境、增加能源、发展新型材料都具有重要意义。现有的提高纤维素材料的疏水性方面，前人做出了很多的研究，主要分为以下几种方式：(1)化学改性，主要是针对纤维素表面接枝疏水基团来提高疏水性，包括酯化、醚化、硅烷化，接枝聚合等。例如CN103132169黄培等人通过将纤维素和有机溶剂、酯化剂混合，通过在纤维素表面发生酯化反应来得到稳定分散的纤维素纳米纤维悬浮液。(2)物理化学改性，包括等离子体刻蚀聚合、电喷涂、电润湿等。例如Vaswani等人(Vaswani S,Koskinen J,Hess DW(2005)Surf Coat Technol.195:121)通过等离子体诱导纤维素表面接枝疏水单元的方法提高了纤维素材料的疏水性。(3)表面涂覆，包括溶胶-凝胶法、原子层沉积、磁控溅射等。例如CN103938432A周永红等人通过表面涂覆法，将一种含二氧化硅粒子的分散液直接喷涂在天然纤维素材料上，得到了一种具有微纳米级粗糙结构的超疏水纤维素材料。但目前的改性方法存在以下缺点：1、需经过多步反应，操作复杂；2、有些反应还需氮气保护，成本高；3、有些反应如等离子体诱导法等物理化学改性法条件十分苛刻，难以实现工业化；4、纤维素的形貌单一，仍保持纤维状；5、疏水处理效果不明显，例如采用CN103132169方法得到的用己酰氯改性的纤维素纳米纤维水接触角为87°。因此，需要一种简单高效、条件要求低、成本低廉的制备疏水性片状纤维素的方法。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种表面疏水片状纤维素的制备方法。本专利技术的另一个目的在于提供由上述方法制得的表面疏水片状纤维素。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种表面疏水片状纤维素的制备方法，包括以下步骤：1)将纤维素在NaOH水溶液中浸润8-24小时，之后用非极性有机溶剂抽滤洗涤，得到经碱溶液润涨过的纤维素；2)将经碱溶液润涨过的纤维素、非极性有机溶剂、反应试剂混合，得到混合体系；3)将混合体系在磁力搅拌器上在温度为60-90℃加热搅拌使混合均匀，得到均匀悬浮液；4)将均匀悬浮液进行物理破碎，破碎后用乙醇离心洗涤，洗涤后在60-80℃条件下真空干燥4-8h，得到表面疏水片状纤维素；其中，步骤2)中，纤维素的固含量为0.5-10wt％，反应试剂与纤维素的摩尔比为1-3：1，优选为3：1；所述反应试剂选自酰氯类、酸酐类、硅烷类化合物和醚化剂中的一种。“纤维素的固含量”指原料纤维素(或称为原始纤维素)的质量占非极性有机溶剂的质量的百分数。“反应试剂与纤维素的摩尔比”指反应试剂与原料纤维素的摩尔比，纤维素的每个葡萄糖单元上都含有三个羟基，这三个羟基都具有和反应试剂反应的活性，1摩尔的反应试剂最多每次只能和1摩尔的羟基进行反应，故反应试剂与纤维素的摩尔比最优为3：1，从而保证反应试剂与纤维素上羟基的摩尔数是1：1。本专利技术通过将纤维素先用NaOH水溶液浸润使纤维素更蓬松，增大了反应试剂与纤维素表面羟基的接触面积，之后将将经碱溶液润涨过的纤维素、非极性有机溶剂和反应试剂的混合物用磁力搅拌器加热搅拌并严格控制加热时间，最后再进行物理破碎并进行洗涤和真空干燥，得到的表面疏水片状纤维素的厚度为0.01-0.5微米，粒径为5-50微米，与水的接触角可达到100°-120°，不仅获得了片状纤维素，疏水性的改进也远高于现有的处理效果。优选地，所述纤维素为天然植物的纤维素或再生纤维素。例如，木质纤维素。更优选地，所述天然植物的纤维素是天然草本植物的纤维素或天然木本植物的纤维素。优选地，所述NaOH水溶液的浓度为2-8wt％。NaOH水溶液浓度若低于2％，润涨效果不明显；若高于8％会导致纤维素的结晶度下降。优选地，所述非极性有机溶剂的溶剂极性小于3。极性高于3时，得到纤维状纤维素，而不是片状纤维素。步骤1)和步骤2)的非极性有机溶剂应为同一种非极性有机溶剂。更优选地，所述非极性有机溶剂为戊烷、己烷、环己烷、异辛烷、环戊烷、三甲基戊烷、庚烷、石油醚、四氯化碳、甲苯、二甲苯、三甲苯、苯、异丁醇或二氯乙烷。优选地，所述酰氯类化合物包括乙酰氯、丁酰氯、己酰氯、五氟苯甲酰氯、月桂酰氯；所述酸酐类化合物包括乙酸酐、琥珀酸酐、马来酸酐；所述硅烷类化合物包括三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、二苯基氯硅烷、三氟甲基氯硅烷；所述醚化剂包括氯乙酸、2-氯乙基三甲基氯化铵、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵。优选地，步骤2)中，纤维素的固含量为2-5wt％。纤维素的固含量高于10wt％容易造成纤维素结晶结构被破坏，结晶度下降。步骤3)中，通常加热搅拌0.5-2h。优选地，步骤4)中，所述物理破碎包括球磨、盘磨、超声破碎方法。通常进行2-20h的物理破碎。本专利技术还提供一种采用上述方法制得的表面疏水片状纤维素；该表面疏水片状纤维素的厚度为0.01-0.5微米，粒径为5-50微米，与水的接触角为100°-120°。这种表面疏水片状纤维素在水中会发生斥水现象，接触角测试表明其表面拥有良好的疏水性质，在防水涂料方面有着潜在应用价值。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术首次制备得到表面疏水的片状纤维素，通过将纤维素用NaOH水溶液浸润，之后将经碱溶液润涨的纤维素、非极性有机溶剂和反应试剂的混合物用磁力搅拌器加热搅拌并严格控制加热时间，最后再进行物理破碎并
进行洗涤和真空干燥，得到的表面疏水片状纤维素的厚度为0.01-0.5微米，粒径为5-50微米，它与水的接触角可达到100°-120°，与现有技术87°相比提高了约15-38％。2、本专利技术的制备过程简便，反应设备和条件温和，适合工业化。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为实施例1制备的表面疏水片状纤维素的扫描电镜照片。图2为实施例1制备的表面疏水片状纤维素在水中的分散照片。图3为实施例1制备的表面疏水片状纤维素接触角测试的照片。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。实施例1一种表面疏水片状纤维素的制备方法，包括以下步骤：将500mg木质纤维素在NaOH水溶液(浓度为5wt％)中浸润8小时，之后用甲苯抽滤洗涤；将20mL甲苯，1.327mL五氟苯甲酰氯，0.837mL吡啶(催化剂)和木质纤维素依次加入到圆底烧瓶中，得到混合体系；将混合体系在水浴中加热到80℃，在磁力搅拌的作用下混合均匀，得到进行初步反应的均匀悬浮液；将均匀悬浮液放入球磨机中球磨12小时，球磨罐体积为40mL，磨球直径为7mm，球磨转速本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种表面疏水片状纤维素的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将纤维素在NaOH水溶液中浸润8‑24小时，之后用非极性有机溶剂抽滤洗涤，得到经碱溶液润涨过的纤维素；2)将经碱溶液润涨过的纤维素、非极性有机溶剂、反应试剂混合，得到混合体系；3)将混合体系在磁力搅拌器上在温度为60‑90℃加热搅拌使混合均匀，得到均匀悬浮液；4)将均匀悬浮液进行物理破碎，破碎后用乙醇离心洗涤，洗涤后在60‑80℃条件下真空干燥4‑8h，得到表面疏水片状纤维素；其中，步骤2)中，纤维素的固含量为0.5‑10wt％，反应试剂与纤维素的摩尔比为1‑3：1，优选为3：1；所述反应试剂选自酰氯类、酸酐类、硅烷类化合物和醚化剂中的一种。
【技术特征摘要】
1.一种表面疏水片状纤维素的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将纤维素在NaOH水溶液中浸润8-24小时，之后用非极性有机溶剂抽滤洗涤，得到经碱溶液润涨过的纤维素；2)将经碱溶液润涨过的纤维素、非极性有机溶剂、反应试剂混合，得到混合体系；3)将混合体系在磁力搅拌器上在温度为60-90℃加热搅拌使混合均匀，得到均匀悬浮液；4)将均匀悬浮液进行物理破碎，破碎后用乙醇离心洗涤，洗涤后在60-80℃条件下真空干燥4-8h，得到表面疏水片状纤维素；其中，步骤2)中，纤维素的固含量为0.5-10wt％，反应试剂与纤维素的摩尔比为1-3：1，优选为3：1；所述反应试剂选自酰氯类、酸酐类、硅烷类化合物和醚化剂中的一种。2.根据权利要求1所述的一种表面疏水片状纤维素的制备方法，其特征在于，所述纤维素为天然植物的纤维素或再生纤维素。3.根据权利要求2所述的一种表面疏水片状纤维素的制备方法，其特征在于，所述天然植物的纤维素是天然草本植物的纤维素或天然木本植物的纤维素。4.根据权利要求1所述的一种表面疏水片状纤维素的制备方法，其特征在于，所述NaOH水溶液的浓度为2-8wt％。5.根据权利要求1所述的一种表面疏水片状纤维素...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄勇，饶显孟，吴敏，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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