一种木质纳米纤维气凝胶的疏水改性方法技术

本发明专利技术公开了一种木质纳米纤维气凝胶的疏水改性方法，属于高分子材料技术领域。该方法将木质纳米纤维气凝胶置于有机溶剂中，与异氰酸酯进行化学交联改性；置换出改性后凝胶中的有机溶剂，冷冻干燥得到疏水木质纳米纤维气凝胶。本发明专利技术制备工艺简单，所制备木质纳米纤维气凝胶具有三维网状结构，同时实现了气凝胶的功能化改性，提高了气凝胶的疏水性能。

【技术实现步骤摘要】
一种木质纳米纤维气凝胶的疏水改性方法
本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种木质纳米纤维气凝胶的疏水改性方法。
技术介绍
纤维素作为地球上储量作为丰富的可再生、可生物降解的天然聚合物，可用于制造各式各样的化学品，以满足各个行业的需求。作为纤维素在三维尺度上的一种典型自聚集产品，纤维素气凝胶不仅具有高比表面积、高孔隙率、交织的三维网络结构、丰富的表面活性基团等独特的结构特征，还具有超低密度、低热/声/电传导系数、良好的生物相容性和可降解性等理化特点。这些性质使得纤维素气凝胶可作为隔热保温材料、隔音材料、催化剂载体和吸附材料等。然而纤维素表面存在大量的羟基，纳米纤维素气凝胶极易吸水使气凝胶中的多孔结构坍塌，从而限制纳米纤维素气凝胶在液体介质中的应用。现阶段对纳米纤维素气凝胶材料的疏水改性方法主要是化学气相沉积法。化学气相沉积法采用的疏水剂包括甲基三氯硅烷(MTCS)、三甲基氯硅烷(TMCS)、正辛基三氯硅烷(OTCS)、十八烷基三氯硅烷(OTS)等在内的氯硅烷，此方法存在疏水剂易挥发、疏水效果不均匀、难以定量改性等缺点，一定程度上限制了它的应用。溶胶凝胶法一般需要两次干燥组装过程制备出疏水材料，但对设备要求不高、工艺过程简单、反应易于控制，是一种较为理想的改性方法。异氰酸酯是一类含有异氰酸基(-N＝C＝O)的有机化合物，由于其累积双键和碳原子两边的电负性很大的氮氧原子作用，使之具有很高的反应活性，能与绝大多数含活泼氢的物质发生反应。异氰酸酯具有极高的反应活性。将其用于木材加工，可解决异种材料复合胶接、实现高含水率木材的胶接，通过复合胶接与小材胶接生产出可替代大径级优质木材的加工制品。然而，目前关于异氰酸酯与纤维素化学交联制备疏水气凝胶的应用研究尚未深入开展。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术要解决的一个技术问题在于提供一种木质纳米纤维气凝胶的疏水改性方法，解决现有技术中木质纳米纤维气凝胶疏水改性过程存在的步骤繁杂冗长、改性效果难以控制等问题。技术方案：为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种木质纳米纤维气凝胶的改性方法，包括以下步骤：1)将木质纳米纤维水分散液冷冻干燥得到木质纳米纤维气凝胶；2)将步骤1)得到的气凝胶置于有机溶剂中，与异氰酸酯进行化学交联改性；3)置换出步骤2)中的有机溶剂，冷冻干燥得到疏水木质纳米纤维气凝胶。所述木质纳米纤维气凝胶的改性方法，所述的木质纳米纤维直径为5～20nm，长度为500nm～3μm。所述木质纳米纤维气凝胶的改性方法，所述的木质纳米纤维水分散液质量浓度为0.1wt.％～3wt.％。所述木质纳米纤维气凝胶的改性方法，所述的有机溶剂为丙酮或甲苯。所述木质纳米纤维气凝胶的改性方法，所述的异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯。所述木质纳米纤维气凝胶的改性方法，所述的气凝胶和异氰酸酯的质量比为1:1～1:32，改性时间为6～72h。所述木质纳米纤维气凝胶的改性方法，所述的气凝胶和异氰酸酯的质量比为1:8，改性时间为72h。所述木质纳米纤维气凝胶的改性方法，采用叔丁醇置换出反应体系中有机溶剂。所述木质纳米纤维气凝胶的改性方法，步骤2)，绝干气凝胶与有机溶剂的用量比为1g:400～1600mL。有益效果：本专利技术与其他现有方法相比，具有的优点：(1)本专利技术室温下反应，无需加热，溶剂可通过减压蒸馏回收，通过改变异氰酸酯与未改性气凝胶的质量比可调控改性后气凝胶的孔隙结构和亲疏水性。(2)本专利技术与常规制备方法相比，具有工艺简单、环境污染小，反应试剂可以回收利用，具有明显的经济和环保优势。附图说明图1为未改性的木质纳米纤维气凝胶扫描电镜图；图2实施例1制备的二苯基甲烷二异氰酸酯改性木质纳米纤维气凝胶扫描电镜图；图3实施例2制备的甲苯二异氰酸酯改性木质纳米纤维气凝胶扫描电镜图；图4实施例1制备的二苯基甲烷二异氰酸酯改性木质纳米纤维气凝胶水接触角图；图5实施例2制备的二苯基甲烷二异氰酸酯改性木质纳米纤维气凝胶水接触角图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术作进一步的阐述。实施例1一种木质纳米纤维气凝胶的改性方法，具体包括以下步骤：1)将质量浓度0.5wt.％的木质纳米纤维，木质纳米纤维的直径为6nm，长度为1.5μm，水分散液在-80℃下冷冻干燥48h，得到木质纳米纤维气凝胶样品；2)将步骤1)得到的0.1g绝干气凝胶样品置于80mL丙酮溶剂中，与0.8g二苯基甲烷二异氰酸酯进行化学交联改性，反应时间为72h；3)叔丁醇置换步骤2)中丙酮溶剂，用液氮迅速冷冻，冷冻干燥得到改性木质纳米纤维气凝胶样品。实施例2一种木质纳米纤维气凝胶的改性方法，具体包括以下步骤：1)将质量浓度3wt.％的木质纳米纤维，木质纳米纤维的直径为20nm，长度为2μm，水分散液在-80℃下冷冻干燥48h，得到木质纳米纤维气凝胶样品；2)将步骤1)得到的0.2g绝干气凝胶样品置于80mL甲苯溶剂中，与1.6g甲苯二异氰酸酯进行化学交联改性，反应时间为72h；3)叔丁醇置换步骤2)中丙酮溶剂，用液氮迅速冷冻，冷冻干燥得到改性木质纳米纤维气凝胶样品。实施例3一种木质纳米纤维气凝胶的改性方法，具体包括以下步骤：1)将质量浓度1wt.％的木质纳米纤维，木质纳米纤维的直径14nm，长度1.6μm，水分散液在-80℃下冷冻干燥48h，得到木质纳米纤维气凝胶样品；2)将步骤1)得到的0.1g绝干气凝胶样品置于160mL甲苯溶剂中，与0.8g甲苯二异氰酸酯进行化学交联改性，反应时间为6h；3)叔丁醇置换步骤2)中丙酮溶剂，用液氮迅速冷冻，冷冻干燥得到改性木质纳米纤维气凝胶样品。将实施例1-3制备得到的改性木质纳米纤维气凝胶样品进行微观形态和水接触角测试，具体检测如下：采用环境扫描电子显微镜观察气凝胶的微观形态，气凝胶样品用双面胶固定在样品台上并进行喷金处理，在超高真空条件下观察图像；采用接触角测试仪测量气凝胶的水接触角，微型注射器将一滴约4μL的蒸馏水滴到气凝胶表面，在液滴接触气凝胶表面的瞬间开始记录图像，采用仪器配套提供的软件OneAttension软件进行数据分析。水接触角具体测试结果如表1。表1改性木质纳米纤维气凝胶水接触角性能表征实施例1实施例2实施例3水接触角(°)136.5134.1123.7由表1可以看出，气凝胶与二苯基甲烷二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯的质量比为1:8时，相同反应条件下，改性后的气凝胶水接触角相差不大，分别为136.5°和134.1°；减少反应时间，气凝胶水接触角降低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种木质纳米纤维气凝胶的改性方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)将木质纳米纤维水分散液冷冻干燥得到木质纳米纤维气凝胶；/n2)将步骤1)得到的气凝胶置于有机溶剂中，与异氰酸酯进行化学交联改性；/n3)置换出步骤2)中的有机溶剂，冷冻干燥得到疏水木质纳米纤维气凝胶。/n

【技术特征摘要】
1.一种木质纳米纤维气凝胶的改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将木质纳米纤维水分散液冷冻干燥得到木质纳米纤维气凝胶；
2)将步骤1)得到的气凝胶置于有机溶剂中，与异氰酸酯进行化学交联改性；
3)置换出步骤2)中的有机溶剂，冷冻干燥得到疏水木质纳米纤维气凝胶。


2.根据权利要求1所述木质纳米纤维气凝胶的改性方法，其特征在于，所述的木质纳米纤维直径为5～20nm，长度为500nm～3μm。


3.根据权利要求1所述木质纳米纤维气凝胶的改性方法，其特征在于，所述的木质纳米纤维水分散液质量浓度为0.1wt.％～3wt.％。


4.根据权利要求1所述木质纳米纤维气凝胶的改性方法，其特征在于，所述的有机溶剂为丙酮或甲苯。

【专利技术属性】
技术研发人员：卞辉洋，戴红旗，扶艳荞，王露莹，王瑞彬，周雪莲，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32