一种超疏水磁性混合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种超疏水磁性混合物，包括相互混合的CNF水悬浮液、Fe

A superhydrophobic magnetic mixture and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水磁性混合物及其制备方法和应用
本专利技术涉及功能材料领域，特别涉及一种超疏水磁性混合物及其制备方法和应用。
技术介绍
纳米纤维素纤丝(CNF)作为一种大比表面积、高长径比、可自然降解的天然聚合物，CNF基功能材料的制备是近年来关注的重点。其中，CNF基超疏水磁性材料在油水分离、电磁屏蔽、自清洁等领域具有巨大的潜在应用。其制备主要是通过将无机磁性粒子分散于CNF材料中，再进行超疏水改性方法而实现。但目前其制备过程面临的问题是其制备过程不够环保，尤其在超疏水改性过程中常用到有机溶剂，以及CNF与无机磁性微粒间结合力弱，导致其机械性能差，阻碍其进一步实际应用。因此，绿色制备出具有良好机械性能的的CNF基超疏水磁性材料是一个迫切的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超疏水磁性混合物及其制备方法和应用，制备出具有良好机械性能的超疏水磁性气凝胶、纸和涂层，制备过程简单环保，全程无需任何有机溶剂。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种超疏水磁性混合物，包括相互混合的CNF水悬浮液、Fe3O4纳米粒子以及疏水改性剂，所述疏水改性剂由长链硅氧烷/氟硅烷和二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷(AS)混合而成。本专利技术进一步设置为：所述CNF水悬浮液的浓度为0.1-5wt％，所述Fe3O4纳米粒子添加量为CNF水悬浮液的5-50wt％，所述CNF水悬浮液/Fe3O4混合物与疏水改性剂的比例VCNF/Fe3O4：V疏水改性剂＝100：(0.5-2.5)。本专利技术进一步设置为：所述长链硅氧烷/氟硅烷和二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷(AS)的体积比为V硅氧烷或氟硅烷：VAS＝1：(0.5-2)。本专利技术进一步设置为：所述CNF水悬浮液由纳米纤维素纤丝与水混合而成，所述纳米纤维素纤丝呈丝状，其直径为5-100nm,长度为0.1-3μm。本专利技术进一步设置为：所述Fe3O4纳米粒子的粒径为5-100nm。本专利技术进一步设置为：所述CNF水悬浮液的浓度为0.5-2wt％，所述Fe3O4纳米粒子添加量为CNF水悬浮液的10-25wt％。本专利技术进一步设置为：所述疏水改性剂中的长链硅氧烷/氟硅烷为辛基三甲氧基硅烷(OTMS)、辛基三乙氧基硅烷、1H,1H,2H,2H,-全氟辛基三乙氧基硅烷(POTS)、1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷(PDTS)、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷(PFCTS)和1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷(PFDTS)中的至少一种。一种超疏水磁性混合物的制备方法，包括以下步骤：1)将CNF水悬浮液和Fe3O4纳米粒子混合，并调节pH值至7-14，均匀搅拌5min以上，制成CNF/Fe3O4混合物；2)再将步骤1)得到的CNF/Fe3O4混合物与疏水改性剂按一定比例混合，并搅拌3-10h，制备CNF/Fe3O4改性混合物。本申请的专利技术人经研究发现，通过CNF水悬浮液与Fe3O4纳米粒子在一定pH值下混合搅拌，形成较均匀的CNF/Fe3O4混合物，再加入疏水改性剂，对CNF和Fe3O4进行疏水改性，且能增强它们间的附着力，制得兼具优异的疏水性和磁性的CNF/Fe3O4混合物。本专利技术进一步设置为：所述步骤1)中的CNF/Fe3O4混合物的PH值为8-11，所述搅拌时间为20-30min；所述步骤2)中的CNF/Fe3O4混合物与疏水改性剂的搅拌时间为4-8h。一种超疏水磁性混合物的应用，其特征是：应用所述权利要求8或9中的CNF/Fe3O4改性混合物分别制备超疏水磁性气凝胶、超疏水磁性纸以及超疏水磁性涂层，具体为：1)超疏水磁性气凝胶：所述CNF/Fe3O4改性混合物通过冷冻干燥机成型，再于高温烘箱中烘10min以上，温度为150-200℃；2)超疏水磁性纸的制备：将所述CNF/Fe3O4改性混合物装入砂芯漏斗，抽滤成型，然后于高温烘箱中烘5min以上，温度为150-200℃；3)超疏水磁性涂层的制备：将所述CNF/Fe3O4改性混合物处理到基材表面，然后于高温烘箱中烘5min以上，温度为150-200℃，所述基材为任意固体材料，所述处理到基材表面的方式可为喷涂、涂抹和浸渍中的至少一种。本专利技术进一步设置为：所述超疏水磁性气凝胶中高温烘箱中烘的时间优选为20-30min，温度优选为160-180℃。本专利技术进一步设置为：所述超疏水磁性纸的制备中高温烘箱中烘的时间优选为10-20min，温度优选为160-180℃。本专利技术进一步设置为：所述超疏水磁性涂层的制备中高温烘箱中烘的时间优选为10-20min，温度优选为160-180℃。本申请的专利技术人经研究发现，将CNF/Fe3O4改性混合物，通过不同的工艺可制备出超疏水磁性气凝胶、纸和涂层，且能CNF与Fe3O4间的附着力得到增强，制得兼具优异的疏水性和磁性的CNF/Fe3O4材料。需特别说明的是：步骤1)中所述的冷冻成型，可以通过液氮冷冻，将倒有CNF/Fe3O4改性混合物的铜制模具置于液氮中5-30min，优选10-15min，液氮高度约为模具高度的四分之一；亦可使用超低温冰箱冷冻，将倒有CNF/Fe3O4改性混合物铜制模具置于-40～-5℃的超低温冰箱中15-40h，优选低温冰箱温度为-30～-20℃，冷冻时间20-30h。本专利技术进一步设置为：步骤1)所述的于冷冻干燥机中干燥，其参数设置为温度-70～-55℃、真空度0-2Pa和干燥时间60-96h。本专利技术进一步设置为：步骤3)所述的基材可为木材、铝合金、纸或布等固体材料。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：由于长链硅氧烷/氟硅烷以及AS均不是有机溶剂，使得在制备超疏水磁性混合物过程中简单环保，全程无需任何有机溶剂。同时由于CNF和Fe3O4纳米粒子表面的羟基活性高，易被疏水改性剂改性，从而实现较低的表面自由能。此外，还能提高Fe3O4纳米粒子和CNF之间附着力，减少或避免Fe3O4纳米粒子在使用中脱落的情况出现。另一方面，CNF本身具有大长径比和高比表面积，容易构建网络结构，具有良好磁性的Fe3O4附着于CNF表面，有利于超疏水表面粗糙度的构建。本专利技术的CNF/Fe3O4超疏水磁性气凝胶、纸和涂层等材料的制作工艺简单操作便捷。利用本专利技术制备的CNF/Fe3O4超疏水磁性材料，其水接触角均在150°以上，滚动角低于10°；均具有良好的磁性，可用磁铁吸附；且与未经改性的CNF/Fe3O4材料相比，CNF和Fe3O4间的结合力有显著提升。附图说明图1为本专利技术中的纯CNF气凝胶结构微观结构图；图2为本专利技术中加入疏水改性剂后的CNF气凝胶结构微观结构图；图3为图2经能谱分析后的Fe微观结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本具体实施例仅仅是对本专利技术的解释，其并不是对本专利技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超疏水磁性混合物，其特征是：包括相互混合的CNF水悬浮液、Fe

【技术特征摘要】
1.一种超疏水磁性混合物，其特征是：包括相互混合的CNF水悬浮液、Fe3O4纳米粒子以及疏水改性剂，所述疏水改性剂由长链硅氧烷/氟硅烷和二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷(AS)混合而成。


2.根据权利要求1所述的一种超疏水磁性混合物，其特征是：所述CNF水悬浮液的浓度为0.1-5wt％，所述Fe3O4纳米粒子添加量为CNF水悬浮液的5-50wt％，所述CNF水悬浮液/Fe3O4混合物与疏水改性剂的比例VCNF/Fe3O4：V疏水改性剂＝100：(0.5-2.5)。


3.根据权利要求2所述的一种超疏水磁性混合物，其特征是：所述长链硅氧烷/氟硅烷和二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷(AS)的体积比为V硅氧烷或氟硅烷：VAS＝1：(0.5-2)。


4.根据权利要求2所述的一种超疏水磁性混合物，其特征是：所述CNF水悬浮液由纳米纤维素纤丝与水混合而成，所述纳米纤维素纤丝呈丝状，其直径为5-100nm,长度为0.1-3μm。


5.根据权利要求4所述的一种超疏水磁性混合物，其特征是：所述Fe3O4纳米粒子的粒径为5-100nm。


6.根据权利要求5所述的一种超疏水磁性混合物，其特征是：所述CNF水悬浮液的浓度为0.5-2wt％，所述Fe3O4纳米粒子添加量为CNF水悬浮液的10-25wt％。


7.根据权利要求3所述的一种超疏水磁性混合物，其特征是：所述疏水改性剂中的长链硅氧烷/氟硅烷为辛基三甲氧基硅烷(OTMS)、辛基三乙氧基硅烷、1H,1H,2H,2H,-全氟辛基三乙氧基硅烷(POTS)、1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷(PDTS...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄景达，张晓春，吴强，李倩，
申请(专利权)人：浙江农林大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33