一种水性疏水浆料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种水性疏水浆料及其制备方法与应用。该水性疏水浆料包括：硅烷类改性的纳米纤维素、疏水型纳米二氧化硅、硬脂酸类物质和水。制备时将纳米纤维素、疏水型纳米二氧化硅和硬脂酸类物质混合，得到二氧化硅预混物；将该二氧化硅预混物、纳米纤维素分散液和硅烷类物质混合，得到水性疏水浆料。该方法可提供一种性质均一、高效、环保、稳定性好的超疏水水性浆料，且方法简便，成本低，可为基材提供高疏水性能及水油分离性能。高疏水性能及水油分离性能。高疏水性能及水油分离性能。

【技术实现步骤摘要】
一种水性疏水浆料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及高分子材料领域，具体涉及一种水性疏水浆料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]如今的塑料制品应用广泛，不可降解、无法再生，对环境污染严重。而纸基材料在使用过程中存在疏水性较差的缺点，无法完全取代塑料制品。因此，对纸基材料进行疏水改性，成为亟待解决的问题。
[0003]在工业化造纸时，多采用浆内添加AKD(烷基烯酮二聚体)的方式使其获得抗水性，但无法达到超疏水的性质。而工业上超疏水纸的制备多采用苯丙乳液复配物，虽然其疏水程度较高，但是存在主要成分不可降解、环境污染等问题，不符合现代绿色发展的理念，因此在保持一定疏水性的基础上提高制备疏水浆料的环保程度成为亟待解决的问题。
[0004]在常见的环保型疏水浆料制备中，为了满足可持续发展和绿色环保的要求，现多进行纳米纤维素的疏水改性，从而获得环保性较好的疏水浆料。现有对纳米纤维素疏水改性的制备方法，具有较为完整的工艺体系，但多为有机体系，仍存在一定的环境污染与废水处理的问题。而在常见的水系疏水浆料的制备中，多采用硅烷体系改性纳米级纤维素，从而实现其疏水化。但纯硅烷改性的纳米纤维素其接触角无法达到超疏水状态，因此需要在体系中掺杂疏水型纳米级二氧化硅提高其接触角。但是，在现有工艺中，存在疏水型纳米级二氧化硅难稳定分散的问题，传统的混合二氧化硅的方式是采用高压喷涂解决其分散性从而提高纸基的表面粗糙性，但是工业化成本较高，后处理较为复杂，较难实现大规模生产；新型分散二氧化硅的方式常采用混合溶剂的方法，但是其粘附性差，且后续处理工艺较复杂。
[0005]中国专利申请201811282581.7公开了超疏水复合纸的制备方法，该方法是：将纳米二氧化硅粒子、羟基碳纳米管与溶解在乙醇或者庚烷溶液中的AKD进行混合，制成乳液。然后制成疏水纸。虽然工艺容易控制，但是使用了乙醇和庚烷润湿二氧化硅，使得水处理时工艺复杂；而且AKD不是环保型试剂，不符合绿色发展。
[0006]中国专利申请201811172917.4公开了高强度有机无机杂化超疏水涂层及其制备方法，该方法是：以环氧树脂和硅烷类作为固化粘结剂使二氧化硅能够较好浸入体系内部。该工艺虽然容易控制，但是使用的环氧树脂不符合限塑的环保需求。
[0007]中国专利申请201910231310.7公开了一种新型超疏水功能涂层及其制备方法，该方法是：用环氧树脂浸润基体提供黏性表面，然后将溶剂中的纳米疏水二氧化硅喷涂于基体表面后在室温下固化。虽然该方案制备方法简便，制备出的超疏水涂层具有良好的粘附性和较好的透明性，但是仍存在使用了非环保型粘结剂的问题。
[0008]因此，需要提供一种新的水性疏水浆料及其制备方法与应用以解决现有技术中的问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术提供一种水性疏水浆料，其包括：硅烷类改性的纳米纤维素、疏水型纳米二
氧化硅、硬脂酸类物质和水。
[0010]根据本专利技术，所述水性疏水浆料的制备原料包括：纳米纤维素、硅烷类物质、疏水型纳米二氧化硅、硬脂酸类物质和水。
[0011]根据本专利技术，所述硅烷类改性的纳米纤维素是由纳米纤维素与硅烷类物质反应得到。
[0012]根据本专利技术，所述纳米纤维素选自天然纤维素和/或再生纤维素；例如，所述天然纤维素选自天然草本植物、天然木本植物、海藻、海鞘、木质纳米纤维素和细菌纤维素中的至少一种。例如，所述再生纤维素选自粘胶纤维、铜氨纤维、天丝和碱尿素溶液纤维中的至少一种。示例性地，所述纳米纤维素选自玉米芯纤维素、纸浆纤维素或木质纳米纤维素，以利于纳米纤维素的快速制备和后续疏水型纳米二氧化硅的较好分散。
[0013]根据本专利技术，所述纳米纤维素的直径为2-100nm，优选为2-20nm，以获得更好的分散性。例如，所述纳米纤维素的长度为10-300μm，优选30-200μm。
[0014]根据本专利技术，所述纳米纤维素具有结晶结构。
[0015]根据本专利技术，所述硅烷类物质选自硅烷交联剂和硅烷偶联剂中的至少一种，例如为甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、二甲氧基二苯基硅烷中的至少一种，又如为甲基三甲氧基硅烷和正辛基三甲氧基硅烷中的至少一种。
[0016]根据本专利技术，所述疏水型纳米二氧化硅为硅烷类改性纳米二氧化硅，例如为六甲基二硅氮烷、二甲基二氯硅烷、聚二甲基硅氧烷中的一种或多种改性的纳米二氧化硅的至少一种，示例性为六甲基二硅氮烷改性的纳米二氧化硅或聚二甲基硅氧烷改性的纳米二氧化硅。所述硅烷类改性纳米二氧化硅的改性方式为本领域已知方式，本专利技术在此不做特别限定。
[0017]根据本专利技术，所述疏水型纳米二氧化硅的直径为10-100nm，优选为10-30nm，示例性为10nm、20nm、30nm。
[0018]根据本专利技术，所述硬脂酸类物质为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸钠、单甘酯和山梨醇酐单硬脂酸酯中的至少一种；例如为硬脂酸钠、单甘酯和硬脂酸中的至少一种；示例性为硬脂酸钠、单甘酯和硬脂酸的混合物。例如，所述混合物中，所述硬脂酸钠、单甘酯和硬脂酸的质量比为1:(0.05-0.5):(0.1-3)，例如为1:(0.1-0.3):(0.5-2)，示例性为1:0.2:1。
[0019]根据本专利技术，所述水性疏水浆料的接触角(0h)＞125
°
，例如大于130
°
、大于135
°
。
[0020]本专利技术还提供所述水性疏水浆料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0021](1)将纳米纤维素、疏水型纳米二氧化硅和硬脂酸类物质混合，得到二氧化硅预混物；
[0022](2)将所述二氧化硅预混物、纳米纤维素分散液和硅烷类物质混合，得到所述水性疏水浆料。
[0023]根据本专利技术，所述纳米纤维素、疏水型纳米二氧化硅、硬脂酸类物质、硅烷类物质、纳米纤维素分散液均具有如上文所述的含义。
[0024]根据本专利技术，步骤(1)中，所述纳米纤维素、所述疏水型纳米二氧化硅和所述硬脂酸类物质的干重之比为1：(0.5～20)：(0.5～8)，优选为1：(2～10)：(1～4)，示例性为1:5:2、1:2.5:1、1:10:4。
[0025]根据本专利技术，步骤(1)中，所述混合为剪切混合。例如，所述剪切混合的剪切速率为8000-50000rpm，优选15000-30000rpm。进一步地，所述剪切混合的时间为3-30min，优选5-20min，示例性为10min、12min、15min。
[0026]根据本专利技术，步骤(2)中，所述纳米纤维素分散液中，纳米纤维素的干重与分散液中溶剂的质量比为1:(25-200)，例如为1:(50-100)，示例性为1:50、1:60。
[0027]根据本专利技术，步骤(2)中所述纳米纤维素与步骤(1)中所述纳米纤维素相同或不同。
[0028]根据本专利技术，步骤(2)中，所述纳米纤维素分散液中的纳米纤维素、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水性疏水浆料，其特征在于，所述水性疏水浆料包括：硅烷类改性的纳米纤维素、疏水型纳米二氧化硅、硬脂酸类物质和水；优选地，所述水性疏水浆料的制备原料包括：纳米纤维素、硅烷类物质、疏水型纳米二氧化硅、硬脂酸类物质和水；优选地，所述硅烷类改性的纳米纤维素是由纳米纤维素与硅烷类物质反应得到。2.根据权利要求1所述的水性疏水浆料，其特征在于，所述纳米纤维素选自天然纤维素和/或再生纤维素；优选地，所述纳米纤维素的直径为2-100nm；优选地，所述纳米纤维素的长度为10-300μm；优选地，所述纳米纤维素具有结晶结构；优选地，所述硅烷类物质选自硅烷交联剂和硅烷偶联剂中的至少一种；优选为甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、二甲氧基二苯基硅烷中的至少一种；优选地，所述疏水型纳米二氧化硅为硅烷类改性纳米二氧化硅，例如为六甲基二硅氮烷、二甲基二氯硅烷、聚二甲基硅氧烷中的一种或多种改性的纳米二氧化硅的至少一种；优选地，所述疏水型纳米二氧化硅的直径为10-100nm。优选地，所述硬脂酸类物质为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸钠、单甘酯和山梨醇酐单硬脂酸酯中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的水性疏水浆料，其特征在于，所述水性疏水浆料的接触角(0h)＞125
°
。4.权利要求1-3任一项所述水性疏水浆料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将纳米纤维素、疏水型纳米二氧化硅和硬脂酸类物质混合，得到二氧化硅预混物；(2)将所述二氧化硅预混物、纳米纤维素分散液和硅烷类物质混合，得到所述水性疏水浆料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴敏，陈茜，黄大勇，
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：