一种超疏水细菌纤维素及其绿色制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种超疏水细菌纤维素及其绿色制备方法与应用，属于超疏水功能材料领域。将细菌纤维素水凝胶置于水中溶胀，再浸泡在无水乙醇中，使所述细菌纤维素水凝胶中的水分被无水乙醇替换，得到无水乙醇相的细菌纤维素凝胶；将二氧化硅纳米颗粒分散在无水乙醇中，得到超疏水分散液；将无水乙醇相的细菌纤维素凝胶加入到所述超疏水分散液中，使二氧化硅纳米颗粒与细菌纤维素上的羟基形成氢键，即得到超疏水细菌纤维素。本发明专利技术制备的超疏水细菌纤维素表现出优异的超疏水性能，以及抗酸碱盐等液体腐蚀的性能；浸泡超过半年依旧表现出优异的超疏水性能。超疏水性能。超疏水性能。

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水细菌纤维素及其绿色制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及超疏水功能材料领域，更具体地，涉及一种超疏水细菌纤维素及其绿色制备方法与应用。

技术介绍

[0002]超疏水材料是指材料表面和水的接触角大于150
°
，滚动角小于10
°
的一类功能材料，正因如此，超疏水材料能够正被广泛的应用于防水、防冰、防雾等领域。
[0003]将超疏水的纳米颗粒制备成超疏水涂料，并使用超疏水涂料涂敷作为制备超疏水材料最简单快速且低成本的方法，得到了广泛的应用，但是简单的涂敷不能够让超疏水的纳米颗粒很好的黏附在材料表面，使得制备的超疏水材料极容易被外力破坏。为了解决超疏水纳米颗粒黏附的问题，科学家专利技术了化学气相沉积法和自组装法，制备出超疏水性能较为坚固的超疏水材料，但是制备过程中涉及到的合成工艺复杂，且使用到大量的有机试剂，成本高，且容易造成环境污染。通过光刻技术在材料表面刻蚀出坚固的微观结构可以制备出坚固的超疏水材料，且制备过程不存在化学试剂对环境的污染，但是需要使用到光刻机，成本高。所示，综合来看，目前的超疏水材料无法兼顾坚固的超疏水性能和低廉的成本以及制备过程对环境的友好。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决了现有超疏水材料无法兼顾坚固的超疏水性能和低廉的成本以及制备过程对环境的友好的问题，提供了一种以细菌纤维素为基材，通过将二氧化硅纳米颗粒负载到细菌纤维素纤维网络结构中以解决上述问题，细菌纤维素中的纳米纤维含有大量羟基，能够与氧化硅颗粒形成氢键增强二氧化硅纳米颗粒的附着力，同时细菌纤维素的纳米网络结构能够很好的保护二氧化硅纳米颗粒，防止因为外力而脱落。超疏水细菌纤维素的制备过程只涉及到无水乙醇、二氧化硅纳米颗粒和细菌纤维素三种材料，成本低，制备过程几乎不会造成环境污染。
[0005]根据本专利技术第一方面，提供了一种超疏水细菌纤维素的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)将细菌纤维素水凝胶置于水中溶胀，再浸泡在无水乙醇中，使所述细菌纤维素水凝胶中的水分被无水乙醇替换，得到无水乙醇相的细菌纤维素凝胶；
[0007](2)将二氧化硅纳米颗粒分散在无水乙醇中，得到超疏水分散液；将步骤(1)得到的无水乙醇相的细菌纤维素凝胶加入到所述超疏水分散液中，使二氧化硅纳米颗粒与细菌纤维素上的羟基形成氢键，即得到超疏水细菌纤维素。
[0008]优选地，步骤(1)中，将细菌纤维素水凝胶置于沸水中煮胀，以加快细菌纤维素水凝胶溶胀速度。
[0009]优选地，所述二氧化硅纳米颗粒尺寸为50
±
10nm。
[0010]优选地，所述超疏水分散液中，二氧化硅纳米颗粒的浓度为1wt％
‑
5wt％。
[0011]优选地，步骤(2)中，所述无水乙醇相的细菌纤维素凝胶与所述超疏水分散液的质
量比为(0.2
‑
1)：1。
[0012]根据本专利技术另一方面，提供了任一所述制备方法制备得到的超疏水细菌纤维素。
[0013]优选地，所述超疏水细菌纤维素的厚度为20
‑
40um。
[0014]根据本专利技术另一方面，提供了所述超疏水细菌纤维素用于超疏水材料的应用。
[0015]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0016](1)本专利技术所制备的超疏水细菌纤维素对于水的平均接触角可达163.98
°
，对于浓盐酸、5％的NaOH溶液、10％NaCl溶液、标准PBS溶液的接触角分别为159.25
°
、159.00
°
、161.41
°
、160.23
°
，表现出优异的超疏水性能，以及抗酸碱盐等液体腐蚀的性能。
[0017](2)本专利技术所制备的超疏水细菌纤维素在水中浸泡超过6个月之后，对于水、浓盐酸、5％的NaOH溶液、10％NaCl溶液、标准PBS溶液的接触角分别为158.91
°
、158.13
°
、160
°
、157.48
°
、162.44
°
，浸泡超过半年依旧表现出优异的超疏水性能。
[0018](3)本专利技术所制备的超疏水细菌纤维素在10N的负荷下，循环摩擦100次后，平均接触角为158.87
°
。
[0019](4)本专利技术超疏水细菌纤维素的生产过程中仅用到天然细菌纤维素、无水乙醇、二氧化硅纳米颗粒三种物质，三种物质均为无害物质，对环境友好，同时天然细菌纤维素能够自然降解，不会产生染物。
附图说明
[0020]图1是按照本专利技术的超疏水细菌纤维素的绿色制备过程示意图。
[0021]图2是超疏水细菌纤维素对于水的接触角表征图片。
[0022]图3是超疏水细菌纤维素及其在水中浸泡超过6个月后分别对于水、浓盐酸、5％的NaOH溶液、10％NaCl溶液、标准PBS溶液的接触角统计数据。
[0023]图4是超疏水细菌纤维素的表面微观结构表征图片。
[0024]图5是超疏水细菌纤维素表面的液滴。
[0025]图6是大规模制备的超疏水细菌纤维素照片。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0027]本专利技术提供一种超疏水细菌纤维素，所述超疏水细菌纤维素由天然细菌纤维素经二氧化硅纳米颗粒复合后制得，具有优异的超疏水性能和坚固的特点。
[0028]本专利技术提供了一种以细菌纤维素为基材的新型超疏水材料，在微观结构中包括了纳米纤维和二氧化硅纳米颗粒，二氧化硅纳米颗粒附着在细菌纤维素的纤维网络结构，并且填满纤维网络结构的孔隙中。
[0029]本专利技术所制备超疏水细菌纤维素表面含有大量二氧化硅纳米颗粒，二氧化硅纳米颗粒和细菌纤维素的纤维网络有明显的交织。
[0030]本专利技术所制备超疏水细菌纤维素厚度分布在20
‑
40um。
[0031]一些实施例中，本专利技术超疏水细菌纤维素的制备过程包括：
[0032](1)将细菌纤维素水凝胶用沸水煮胀；
[0033](2)将煮胀的细菌纤维素水凝胶放入无水乙醇中浸泡；
[0034](3)重复步骤(2)直至细菌纤维素所含水分全部被无水乙醇替换，得到无水乙醇相的细菌纤维素凝胶，取出待用；
[0035](4)将二氧化硅纳米颗粒分散在无水乙醇溶液中，制备出超疏水分散液，待用；
[0036](5)将无水乙醇相细菌纤维素放入超疏水分散液中，超声并震荡，得到含有二氧化硅纳米颗粒的细菌纤维素凝胶；
[0037](本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超疏水细菌纤维素的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将细菌纤维素水凝胶置于水中溶胀，再浸泡在无水乙醇中，使所述细菌纤维素水凝胶中的水分被无水乙醇替换，得到无水乙醇相的细菌纤维素凝胶；(2)将二氧化硅纳米颗粒分散在无水乙醇中，得到超疏水分散液；将步骤(1)得到的无水乙醇相的细菌纤维素凝胶加入到所述超疏水分散液中，使二氧化硅纳米颗粒与细菌纤维素上的羟基形成氢键，即得到超疏水细菌纤维素。2.如权利要求1所述的超疏水细菌纤维素的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将细菌纤维素水凝胶置于沸水中煮胀，以加快细菌纤维素水凝胶溶胀速度。3.如权利要求1所述的超疏水细菌纤维素的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅纳米颗粒尺寸为50
±<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光，陈坤，石志军，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：