[发明专利]超疏水疏油透明纳米纤维素纸的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超疏水疏油的透明纳米纤维素纸的制备方法。

背景技术

纳米纤维素具有原材料来源广、强度高、比表面积大、生物相容性好、可生物降解、可再生循环利用等优点；同时由于直径在几到几十纳米尺寸范围、长度在几到几十微米尺度，直径小、长径比大，使其显示出较高的力学性能，杨氏模量和拉伸强度分别为13GPa和223MPa；此外，还具有较低的热膨胀系数(CTE＜8.5ppmK^-1)。这些显著的特性使其有潜力制成透明纳米纤维素薄膜纸，用于包装、耐高温柔性电子元器件基底、微流体芯片等高端领域。

然而，纳米纤维素表面含有大量功能基团—羟基，极易吸水，致使透明纳米纸吸水性高，在包装、电子器件、微流体芯片等领域的直接应用受到限制。

尽管申请号为201310359486.3的发明专利报道了超疏水纳米纸的制备方法，但该法是利用纳米TiO₂与纳米纤维素直接混合的方式来构建纳米纸，纳米无机颗粒的易团聚、难分散问题致使纳米纸不透明，无法应用于透明电子显示器领域；且硅烷偶联剂无法在纳米纸上成膜，及纳米纤维素的双电层效应致使硅烷偶联剂难以有效负载到纳米纤维素表面，进而仅纳米TiO₂颗粒表面被疏水处理，而纳米纤维素表面尚有大量羟基裸露，造成纳米纸无法长久保持疏水特性，更难以有效保持超疏水特性。申请号为201310009106.3的发明专利所述的为一种利用纳米碳酸钙与造纸用纤维素纤维原位复合制备超疏水、自洁净造纸用涂料的方法，但由于纤维素纤维为微米级致使疏水纸不透明且非纳米纤维素纸，性能差。虽然，申请号为201510056699.8的发明专利所述的为利用溶胶-凝胶方法制备SiO₂改性溶胶，并对纤维素织物进行抽滤快速处理得到超疏水织物，但因织物为微米级纤维素材料，故该疏水织物为非透明的材料且不是纳米纸；同时SiO₂溶胶改性时是在碱性条件下进行，致使溶胶无法长久保存、保质期只有几到几十小时。申请号为201510413485.1的发明专利所述的为透明超疏水喷剂及其制备方法和应用，它主要是利用纳米SiO₂颗粒的表面改性，然后分散于甲醇、乙醇等溶剂中制成喷剂，但纳米SiO₂颗粒的直接分散很难均匀，造成团聚致使涂层在透明载体上很难保持良好的透光率；且仅靠纳米SiO₂无法成膜，疏水效果和持久性均欠佳。

总之，上述方法要么处理的对象为微米级纤维素纤维而非纳米纤维素纸，要么制备的疏水纳米纸不透明；要么疏水液中纳米无机颗粒难均匀分散，要么疏水液难成膜；且纳米纤维素因比表面积巨大，大量裸露的羟基呈现较普通微米级纤维素纤维大得多的双电层效应，致使仅靠硅烷偶联剂进行偶联疏水处理难以奏效，需要借助成膜物质或表面活性剂克服双电层效应。此外，上述专利均未报道材料超疏水特性的同时是否具有疏油功能，即具有超疏水疏油功能且透明的纳米纤维素纸新材料尚未被完整制备出来，故本发明提出一种超疏水疏油透明纳米纤维素纸新材料的制备方法，以克服上述诸多问题，使新材料有望广泛应用于包装、耐高温柔性电子元器件基底、微流体芯片等高端领域。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法制备的纳米纸不透明、疏水性差的技术问题，提供了一种超疏水疏油透明纳米纤维素纸的制备方法。

纯化纤维素的制备：

将3g的60目-120目的木材、农作物秸秆或废旧纸张粉末进行化学预处理抽提去除抽提成分、去除木质素、去除半纤维素，得到纯化纤维素。

抽提处理去除抽提成分方法：

用滤纸包好3g的60目-120目的木材、农作物秸秆或废旧纸张粉末放在250ml的索氏抽提器中，加入240ml甲苯-乙醇混合溶液，甲苯-乙醇混合溶液中甲苯与乙醇体积比为2∶1，在水浴锅中以90℃抽提10h，去除抽提成分。

去除木质素过程如下：

一、将去除抽提成分的木材、农作物秸秆或废旧纸张粉末放入500mL广口锥形瓶中，加入冰醋酸、亚氯酸钠和去离子水的混合溶液共计300ml，并用保鲜膜封口；其中，冰醋酸为0.2mL，亚氯酸钠为1g，剩余的液体为水。然后，将装有上述混合溶液的广口锥形瓶置于75℃恒温水浴中磁力加热搅拌1h；

二、向步骤一所得的混合溶液中按照先加入0.2ml的冰醋酸和1g亚氯酸钠，再于75℃恒温水浴中磁力加热搅拌1h的顺序重复操作5次；