[发明专利]超疏水棉纤维材料或超疏水纸纤维材料的制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有超疏水性能的纤维素类材料的制备方法，涉及超疏水棉纤维材料或超疏水纸纤维材料的制备方法及用途。

技术背景

纤维素是自然界储量最为丰富的天然高分子，可迅速再生，每年再生量超过1.0×10¹⁰t.而且纤维素还具有易降解，无污染，易于改性等优点。如今，纤维素及其衍生物已经广泛应用于塑料，纺织，造纸，食品，日化，医药，建筑和生物等领域，并有可能成为未来世界化学，化工的主要原料。发展纤维素材料对改善生态环境，改变人类饮食结构，增加能源，发展新型材料等都将具有重要意义。

目前，由于特种行业的工作需要，具有良好防水透气性能的服装受到人们的青睐。通常所用的防水服装是含有塑料或橡胶成分的复合材料，在保证防水的同时，透气性能会明显降低。而使用尼龙等有机合成高分子材料制成的服装，其透气性能也没有纯纤维素面料的服装好。因此，在保证透气性的同时兼顾防水性，疏水的纤维素类材料是最理想的材料之一。

食品包装中气体透过性在延长食品保存期或保存新鲜度上有重要功能。Fink和Gregory都曾指出，用多孔的纤维素膜作包装材料，其良好的气体透过性可以防止蔬菜、水果、肉肠等呼吸性食品代谢产生的二氧化碳滞留在包装袋内所引起的食品发酵和腐败。而通常用的纸质包装袋由于其强烈的吸水性，受到了应用上的限制。通常采用的纸/塑料复合材料可以降低其吸水效果，但气体透过性能明显降低，很难满足食品包装的要求。因此，开发具有疏水、透气性能的纸质包装材料就显得尤为重要。

有报道称，硅烷可以与羟基化的物质如纤维素纤维进行反应(参考文献：Bieanda，E，Ansell，M.The Effect of SilaneTreatment on the Mechanical and Physical Properties of Sisal-Epoxy Composites[J].Composites Science and Technology，1991，41(3)：165)。只要在亲水的纤维素表面有痕量的水(起催化作用)，纤维素中的羟基就可以与硅烷中的Si-C，Si-S，Si-N键形成化学键。硅烷与纤维反应基团进行自交联结合，形成有弹性和柔软致密的有机硅分子膜，会赋予纤维特殊的表面性质，使纤维得到优良的柔软性和平滑性，改善纤维的亲水性能，提高纸页的平滑度、柔软性和抗静电能力。尽管目前有关这方面的研究才刚刚起步，但此法的优异效果已预示着它将成为纤维改性的一个研究热点。

发明内容

本发明的目的之一是提供超疏水棉纤维材料或超疏水纸纤维材料的制备方法。其步骤和条件如下：

(1)采用的处理试剂是甲基硅酸钠或甲基硅酸钾水溶液，或者是具有通式(I)的氯硅烷：

通式(I)

式中R₁，R₂，R₃为碳原子数从1-20的脂肪族烷基，R₁，R₂，R₃可以是相同的，也可以是不同的。

(2)纤维素类原材料可以是纸类制品，如牛皮纸，印刷纸，复印纸，卫生纸，面巾纸，滤纸；纤维素膜材料；棉花及其制品，纯棉针织品，纯棉服装，棉花/化纤混纺制品。

(3)制备方法一：按照甲基硅酸钠或甲基硅酸钾：二氧化碳质量配比为1∶6-50的比例，向质量分数为0.1％-5％的甲基硅酸钠或甲基硅酸钾水溶液中通入二氧化碳气体，制备甲基硅酸胶体溶液。按照棉纤维材料或纸纤维材料：甲基硅酸胶体溶液质量配比为1/2-50的比例，将棉纤维材料或纸纤维材料浸泡于甲基硅酸胶体溶液中，5-10分钟后取出，用水冲洗，在120-180℃的烘箱中热处理5-30分钟，得到具有超疏水棉纤维材料或超疏水纸纤维材料。

制备方法二：按照质量配比为：纤维素：氯硅烷质量配比为1/2-50的比例，将干燥的棉纤维材料或纸纤维材料料浸泡在质量分数为10-30％的的氯硅烷有机溶液中，反应0.5-5小时，取出，用空气吹去表面的残留溶液，然后放在120-180℃的烘箱中热处理5-30分钟，得到具有超疏水棉纤维材料或超疏水纸纤维材料。

所述的有机溶剂可以是甲苯、环己烷、石油醚等烃类溶剂。