本发明专利技术涉及超疏水棉纤维材料或超疏水纸纤维材料的制备方法和该方法制备的超疏水棉纤材料或超疏水纸纤维材料的用途。采用具有环境友好、价格低廉的硅材料对纤维素进行表面改性并制备出具有超疏水性能的纤维素类材料。硅材料采用甲基硅酸钠或甲基硅酸钾水溶液，或者是氯硅烷，用硅材料处理的纤维素材料，表现出良好的超疏水性能和透气性能，在服装面料、包装、卫生用品等领域展示出广阔的用途。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有超疏水性能的纤维素类材料的制备 方法，涉及超疏水棉纤维材料或超疏水纸纤维材料的制备方 法及用途。
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><101()1.而且纤维素还具有易降解，无污染，易于改性等优点。如今，纤维素及其衍生物已经广泛 应用于塑料，纺织，造纸，食品，日化，医药，建筑和生物 等领域，并有可能成为未来世界化学，化工的主要原料。发 展纤维素材料对改善生态环境，改变人类饮食结构，增加能 源，发展新型材料等都将具有重要意义。目前，由于特种行业的工作需要，具有良好防水透气性能 的服装受到人们的青睐。通常所用的防水服装是含有塑料或 橡胶成分的复合材料，在保证防水的同时，透气性能会明显 降低。而使用尼龙等有机合成高分子材料制成的服装，其透 气性能也没有纯纤维素面料的服装好。因此，在保证透气性 的同时兼顾防水性，疏水的纤维素类材料是最理想的材料之食品包装中气体透过性在延长食品保存期或保存新鲜度上有重要功能。Fink和Gregory都曾指出，用多孔的纤维 素膜作包装材料，其良好的气体透过性可以防止蔬菜、水果、 肉肠等呼吸性食品代谢产生的二氧化碳滞留在包装袋内所引 起的食品发酵和腐败。而通常用的纸质包装袋由于其强烈的 吸水性，受到了应用上的限制。通常釆用的纸/塑料复合材料 可以降低其吸水效果，但气体透过性能明显降低，很难满足 食品包装的要求。因此，开发具有疏水、透气性能的纸质包 装材料就显得尤为重要。有报道称，硅烷可以与羟基化的物质如纤维素纤维进行 反应(参考文献Bieanda, E, Ansell, M. The Effect of Silane Treatment on the Mechanical and Physical Properties of Sisal-Epoxy Composites . Composites Science and Technology,1991,41 (3) :165 )。只要在未水的纤维素表面有痕量的水(起 催化作用)，纤维素中的羟基就可以与硅烷中的Si- C, Si- S, Si- N键形成化学键。硅垸与纤维反应基团进行自交联结合, 形成有弹性和柔软致密的有机硅分子膜，会赋予纤维特殊的 表面性质，使纤维得到优良的柔软性和平滑性，改善纤维的 亲水性能，提高纸页的平滑度、柔软性和抗静电能力。尽管 目前有关这方面的研究才刚刚起步，但此法的优异效果已预 示着它将成为纤维改性的一个研究热点。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供超疏水棉纤维材料或超疏水纸 纤维材料的制备方法。其步骤和条件如下(1)采用的处理试剂是甲基硅酸钠或甲基硅酸钾水溶液，或者是具有通式(I)的氯硅垸通式(I) <formula>formula see original document page 5</formula>式中R, R2, 113为碳原子数从1- 20的脂肪族烷基，R1; R2,R3可以是相同的，也可以是不同的。(2)纤维素类原材料可以是纸类制品，如牛皮纸，印刷 纸，复印纸，卫生纸，面巾纸，滤纸；纤维素膜材料；棉花 及其制品，纯棉针织品，纯棉服装，棉花/化纤混纺制品。(3)制备方法一按照甲基硅酸钠或甲基硅酸钾二氧化碳质量配比为l: 6-50的比例，向质量分数为0.1%-5%的甲基硅酸钠或甲基硅酸钾水溶液中通入二氧化碳气体，制备甲基硅酸胶体溶液。按照棉纤维材料或纸纤维材料甲基硅酸胶体溶液质量配比为l/2-50的比例，将棉纤维材料或纸纤维 材料浸泡于甲基硅酸胶体溶液中，5-10分钟后取出，用水冲 洗，在120-18(TC的烘箱中热处理5-30分钟，得到具有超疏水 棉纤维材料或超疏水纸纤维材料。制备方法二按照质量配比为纤维素氯硅烷质量配比为l/2-50的比例，将干燥的棉纤维材料或纸纤维材料料浸 泡在质量分数为10-30%的的氯硅垸有机溶液中，反应0.5-5小 时，取出，用空气吹去表面的残留溶液，然后放在120-180。C 的烘箱中热处理5-30分钟，得到具有超疏水棉纤维材料或超 疏水纸纤维材料。所述的有机溶剂可以是甲苯、环己烷、石油醚等烃类溶剂。制备方法三在玻璃容器中加入沸点低于100 。C的氯硅 烷，加热使容器内充满氯硅烷的蒸汽，按照质量配比为棉纤维材料或纸纤维材料氯硅垸质量配比为l/2-50的比例，将千燥的棉纤维材料或纸纤维材料置于该玻璃容器的氯硅烷蒸汽中，反应1-15分钟，取出后，用空气吹去表面的残留溶液， 然后放在120-180 。C的烘箱中热处理5-30分钟，得到超疏水棉 纤维材料或超疏水纸纤维材料。利用红外光谱，光电子能谱，扫描电镜，接触角测试仪 等仪器对所制备的超疏水棉纤维材料和超疏水纸纤维材料行 了表征和测试。用红外光谱和光电子能谱检测本专利技术中由甲 基三氯硅烷所制备的棉纤维材料，证明纤维素纤维表面含有 聚甲基硅烷涂层(见附图1和附图2)。通过甲基三氯硅烷处 理后，在纤维素材料的纤维表面形成了由薄膜和凸起状结构 构成的微纳结构复合膜(见附图4)。该复合膜通过共价键和 纤维素连接，形成稳定的涂层。扫描电镜观察到的织物纤维， 在低分辨率的情况下，和没有表面处理的织物纤维的形态是 相似的(见附图5和附图6)，在高分辨率的情况下，可以看 到单根纤维表面上的涂层，说明该处理办法是反应在单根纤 维表面的，从而没有改变织物的宏观形态，保持了织物本来 就有的良好透气性能(见附图4)。处理后的纤维材料能保持 材料本身的色泽，说明该涂层是透明的(见附图7)。接触角测试结果表明(见附图8)，纤维素材料表面的粗 糙结构影响着疏水能力的大小，表面越粗糙的材料，其接触 角越大，疏水效果越好。所制备的超疏水棉纤维材料和超疏 水纸纤维材料的部分材料的接触角如下表所示<table>table see original document page 6</column></row><table>以本专利技术所制备的超疏水棉纤维的材料纯棉针织品测试了其疏水涂层的稳定性，结果表明疏水涂层在pH为3-10的 溶液中表现出非常好的稳定性，在上述溶液中浸泡96小时，接触角没有明显改变(见附图9)。用肥皂，洗衣粉等洗涤剂洗涤20次后，接触角仍然没有明显改变，说明该涂层能耐受 折叠，揉搓等力的作用(见附图10)。本专利技术的另一个目的是提供本专利技术的方法所制备的超疏 水棉纤维材料和超疏水纸纤维材料的用途。本专利技术的方法制备的的超疏水棉纤维材料和超疏水纸纤 维材料，具有良好的疏水能力。其应用领域涉及到所有防水 和疏水的纸类及其制品，棉花及其制品，各种纤维素膜材料， 以及棉花/化纤混纺制品，以及由疏水纤维素材料制备的各种 复合材料。 附图说明图1:用三氯甲基硅烷处理前(a)和处理后(b)的滤纸的红外谱图。图2:用三氯甲基硅烷处理后滤纸的光电子能谱图。 图3:用三氯甲基硅垸处理前单根滤纸纤维的扫描电镜 图片。图4:用三氯甲基硅烷处理后单根滤纸纤维的扫描电镜5:用三氯甲基硅烷处理前滤纸纤维的扫描电镜图片。 6:用三氯甲基硅烷处理后滤纸纤维的扫描电镜图片。 7:用三氯甲基硅烷处理后彩色棉纤维的疏水照片本文档来自技高网...
【技术保护点】
超疏水棉纤维材料或超疏水纸纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：（１）采用的处理试剂是甲基硅酸钠或甲基硅酸钾水溶液，或者是具有通式（Ⅰ）的氯硅烷：＊＊＊通式（Ⅰ）式中Ｒ↓［１］，Ｒ↓［２］，Ｒ↓［３］为碳原子数从１－２０的脂肪族烷基，Ｒ↓［１］，Ｒ↓［２］，Ｒ↓［３］可以是相同的，也可以是不同的；（２）按照甲基硅酸钠或甲基硅酸钾：二氧化碳的质量配比为１∶６－５０的比例，向质量分数为０．１％－５％的甲基硅酸钠或甲基硅酸钾水溶液中通入二氧化碳气体，制备甲基硅酸胶体溶液，按照棉纤维材料或纸纤维材料：甲基硅酸胶体溶液的质量配比为１∶２－５０的比例，将棉纤维材料或纸纤维材料浸泡于甲基硅酸胶体溶液中，５－１０分钟后取出，用水冲洗，在１２０－１８０℃的烘箱中热处理５－３０分钟，得到具有超疏水棉纤维材料或超疏水纸纤维材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李胜海，张所波，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]
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