一种微纤维化纤维素基超疏水防护型复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种微纤维化纤维素基超疏水防护型复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先利用2，2，6，6

【技术实现步骤摘要】
一种微纤维化纤维素基超疏水防护型复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于包装材料领域，涉及一种绿色环保具有超疏水防护特性的复合材料制备方法，具体涉及一种基于微纤化纤维素的新型超疏水防护型复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，受自然界荷叶表面超疏水的启发，关于超疏水表面的性质、制备方法和构建的研究成为关注焦点。鉴于可持续发展要求，现在许多研究开始着力于开发可用于超疏水表面构造的绿色环保材料，以取代传统含氟超疏水材料。纤维素作为一种天然高分子材料，具有绿色可再生、材料来源广泛、可生物降解和优异的生物相容性等优点。
[0003]纤维素基超疏水材料及其应用的研究目前还处于探索阶段。主要面临的问题包括以下两方面：一是超疏水材料在水中难分散，需要有机溶剂分散，使其制备过程产生VOC，对环境影响较大；二是超疏水表面的微纳米结构比较脆弱，防护性差，容易遭到破坏从而丧失超疏水性能。因此通过易操作、环保方法制备坚固耐用的超疏水材料是环境和社会发展的迫切需求。
[0004]综上，本专利技术采用2，2，6，6
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四甲基哌啶氧化物(TEMPO)对天然木质纤维素进行预处理，结合高压均质或其他机械处理所制得的微纤化纤维素(MFC)是一种具有微纳尺寸、高长径比、高强度、高比表面积和表面化学性质可调的新型材料，对其进行硅烷化改性可提高其疏水性，在此基础上，通过添加蜂蜡、无机颜料来构造微纳粗糙结构，并利用化学气相沉积方法制备超疏水复合材料，具有很好的创新性和应用前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种微纤维化纤维素基超疏水防护型复合材料的制备方法，该方法具有绿色环保、制备简单、防护性好等优点。
[0006]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：
[0007]本专利技术所述的一种微纤维化纤维素基超疏水防护型复合材料的制备方法，首先以阔叶木漂白硫酸盐浆为原料，采用2，2，6，6
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四甲基哌啶氧化物(TEMPO)预处理后经高压均质制备微纤化纤维素，并通过硅烷偶联剂对其进行改性，以提高其疏水性能；然后通过添加蜂蜡乳液和纳米二氧化硅颗粒制备复合涂料，对微纤化纤维素薄膜进行涂布；最后通过化学气相沉积发对涂布微纤化纤维素薄膜进行处理，制备具有超疏水性能的防护型微纤化纤维素基复合材料。
[0008]所述制备方法包括如下步骤：
[0009]步骤一，以阔叶木漂白硫酸盐浆为原料，2，2，6，6
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四甲基哌啶氧化物(TEMPO)为催化剂，使用TEMPO/NaBr/NaClO氧化体系对针叶木漂白硫酸盐浆进行预处理，通过加入 0.2～0.5mol/L的NaOH溶液调节混合液的pH值为10～11，待混合体系的pH值不再发生变化时加入20～50mL无水乙醇终止反应；经抽滤后，采用去离子水洗涤至中性，配制成质量百分数为1wt％～4wt％的浆料，经超声处理后在300～1000Bar的压力下均质3～10次制得微纤化纤
维素(MFC)，并通过浇筑法制备微纤化纤维素薄膜。
[0010]步骤二，将步骤一制得的微纤化纤维素(MFC)为原料，采用硅烷偶联剂在pH值4～5、温度60～80℃、搅拌速度300～600r/min、N2气氛保护下，反应2～4h，制备改性微纤化纤维素 (M
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MFC)。
[0011]步骤三，将步骤二制得的改性微纤化纤维素(M
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MFC)按比例与蜂蜡乳液和纳米二氧化硅分散液混合，搅拌均匀制备复合涂料。
[0012]步骤四，将步骤三中所制的复合涂料涂布在微纤化纤维素薄膜上，形成表面微观粗糙的涂布微纤维化纤维素薄膜。
[0013]步骤五，将步骤四所制备的涂布微纤化纤维素薄膜，通过化学气相沉积法，获得超疏水、防脱落的涂层结构，从而制备出具有超疏水性能的防护型微纤化纤维素基复合材料。
[0014]优选地，步骤一中进行预处理前的阔叶木漂白硫酸盐浆的质量百分数为2wt％。
[0015]优选地，步骤二中所采用的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷(A171)，其与微纤化纤维素的质量比为2∶1。
[0016]优选地，步骤三中，所述复合涂料中的蜂蜡乳液(采用壳聚糖乳化所制，其蜂蜡与壳聚糖的绝干质量比为2∶1；蜂蜡乳液固含量10wt％)的用量为90wt％；纳米二氧化硅分散液(固含量20wt％、粒径为50nm)用量为6wt％；改性微纤化纤维素(固含量1wt％)用量为4wt％。
[0017]优选地，所述步骤四中的涂布方法为旋转涂布和辊式涂布。
[0018]优选地，步骤五中，所述化学气相沉积法是将三甲氧基甲基硅烷(1mL)和去离子水 (10mL)，分别置于烧杯中，并与涂布微纤维化纤维素薄膜一同放在真空干燥皿中，于120℃条件下反应2h。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020](1)微纤化纤维素具有绿色环保可再生的优势，所用的制备方法具有工艺简单、效率高的优点。
[0021](2)改性微纤化纤维素(M
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MFC)具有微纳尺寸和疏水性能，有利于超疏水微纳粗糙结构的构建，结合蜂蜡乳液和纳米二氧化硅颗粒，所制备的复合涂料能够获得超疏水性能好的涂层结构。
[0022](3)采用化学气相沉积法制备超疏水复合材料，不仅避免了有机溶剂的使用，而且具有生产工艺简单、所制涂层牢固防护性好等优点。
附图说明
[0023]图1为复合材料制备流程图。
[0024]图2为本专利技术实施例1中复合材料的性能指标数据。
[0025]图3为本专利技术实施例1中复合材料的扫描电镜图。
[0026]图4为本专利技术实施例2中复合材料的性能指标数据。
[0027]图5为本专利技术实施例2中复合材料的扫描电镜图。
具体实施方式
[0028]以下结合具体实施例和附图对本专利技术做进一步说明，本专利技术的保护内容范围并不
局限于以下具体实施例。
[0029]实施例1
[0030]制备纳米二氧化硅与改性微纤化纤维素质量比为6∶4的超疏水防护型复合材料，流程图如图1所示。
[0031](1)以阔叶木漂白硫酸盐浆为原料，使用2，2，6，6
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四甲基哌啶氧化物(TEMPO)介导氧化法制备微纤化纤维素(MFC)
[0032]1)称取一定量的阔叶木漂白硫酸盐浆，在水中浸泡24h，然后配制成纸浆浓度为1wt％的浆料，放入三口烧瓶中搅拌4h后，分别称取相当于绝干纸浆样品质量1％的TEMPO和10％的NaBr，将其溶解于去离子水中，40℃水浴加热处理直至其完全溶解。
[0033]2)将有效氯≥8％的NaClO按照10mmol/g(每克纸浆样品对应10mmol纯NaClO)的用量，用去离子水稀释至10％，滴加0.1mol/L的HCl溶液调节其pH值至10.5左右，再将 TEMPO和NaBr混合溶液倒入三口烧瓶中进行搅拌，使用0.5mol/L的NaOH溶液调节混合溶液pH值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微纤维化纤维素基超疏水防护型复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：步骤一，以阔叶木漂白硫酸盐浆为原料，2，2，6，6
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四甲基哌啶氧化物(TEMPO)为催化剂，使用TEMPO/NaBr/NaClO氧化体系对阔叶木漂白硫酸盐浆进行预处理，通过加入0.2～0.5mol/L的NaOH溶液调节混合液的pH值为10～11，待混合体系的pH值不再发生变化时加入20～50mL无水乙醇终止反应；经抽滤后，采用去离子水洗涤至中性，配制成质量百分数为1wt％～4wt％的浆料，经超声处理后在300～1000Bar的压力下均质3～10次制得微纤化纤维素(MFC)，并通过浇筑法制备微纤化纤维素薄膜。步骤二，将步骤一制得的微纤化纤维素(MFC)为原料，采用硅烷偶联剂在pH值4～5、温度60～80℃、搅拌速度300～600r/min、N2气氛保护下，反应2～4h，制备改性微纤化纤维素(M
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MFC)。步骤三，将步骤二制得的改性微纤化纤维素(M
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MFC)按比例与蜂蜡乳液和纳米二氧化硅分散液混合，搅拌均匀制备复合涂料。步骤四，将步骤三中所制的复合涂料涂布在微纤化纤维素薄膜上，形成表面微观粗糙的涂布微纤维化纤维素薄膜。步骤五，将步骤四所制备的涂布微纤化纤维素薄膜，通过化学气相沉积法，获得超疏水、防脱落的涂层结构，从而制备出具有超疏水性能的防护型...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正健，刘光发，陈凤宝，牛袁袁，陈蕴智，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：