[发明专利]一种纳米纤维素的表面疏水改性方法

说明书

本发明涉及一种纳米纤维素的表面疏水改性方法，先制备纳米纤维素悬浮液，再加入DL‑乳酸溶液，分散均匀后得到混合溶液；然后加入金属氧化物催化剂，搅拌均匀并加热至150‑200℃，进行蒸馏；当混合溶液中50‑100％的水分被蒸馏出来后，加入酯化改性剂和金属氧化物催化剂，搅拌均匀并升温至170‑220℃进行反应；反应结束后，将反应产物加入到乙醇中，进行离心分离，得到的固体即为改性后的纳米纤维素。本发明解决现有技术中改性方法存在的步骤繁杂冗长、有机溶剂消耗量大等问题，该方法步骤少，避免了冗长了溶剂交换过程，且反应结束后过量的反应试剂可以回收再利用，具有明显的经济和环保优势。

技术领域

本发明涉及一种纳米纤维素的表面疏水改性方法，属于高分子材料技术领域。

背景技术

纳米纤维素(Cellulose Nanofiber，CNF)来源于天然纤维，与普通纤维素相比，CNF的长径比可达上千，巨大的长径比使内部应力可有效的在CNF与聚合物基体间传递。同时，由于特殊的结构特点及较高的结晶度，CNF的杨氏模量最高可达140GPa，强度高达2-3GPa，且热膨胀系数仅有10^-7K^-1。这些特性使CNF在增强复合材料方面得到广泛应用。然而，CNF比表面积极大，表面羟基十分丰富，极性强，粒子之间很容易通过氢键作用而团聚，且团聚后的CNF很难通过简单的机械物理方法使其再分散，这使得CNF不能均匀地分散于基体中，成为制约其应用的主要瓶颈。

针对这一问题，众多学者进行了大量研究，主要的思路是对CNF进行疏水化改性。目前CNF表面疏水改性方法可以归纳为两大类：一是小分子化学改性，包括非共价键吸附改性、酯化、硅烷化、阳离子化和氧化等；二是接枝共聚，如开环聚合、原子转移自由基聚合等。这些方法对减少CNF团聚有一定的效果，可不同程度地增加CNF的稳定性和再分散性。但是，上述各种改性过程通常需要多步反应才能完成，涉及冗长的溶剂交换过程，且改性过程中需要使用大量的有机溶剂，不仅污染环境而且增加了成本。

发明内容

本发明的目的解决现有技术中纳米纤维素疏水改性过程中存在的步骤繁杂冗长、有机溶剂消耗量大等问题，提供一种纳米纤维素的表面疏水改性方法，明显提高了纳米纤维素的稳定性和再分散性，并且该疏水改性方法步骤少，改性过程中直接发生原位溶剂置换，避免了冗长了溶剂交换过程。

技术方案

一种纳米纤维素的表面疏水改性方法，包括如下步骤：

(1)将纳米纤维素加入到蒸馏水中，混合均匀，得到纳米纤维素悬浮液；

(2)往纳米纤维素悬浮液中加入质量分数为85％的DL-乳酸溶液，然后超声分散均匀，得到混合溶液；

(3)往混合溶液中加入金属氧化物催化剂，搅拌均匀并加热至150-200℃，进行蒸馏；

(4)当步骤(3)的混合溶液中50-100％的水分被蒸馏出来后，往反应体系中加入酯化改性剂和金属氧化物催化剂，搅拌均匀并升温至170-220℃，进行反应；

(5)步骤(4)反应结束后，将反应产物加入到乙醇中，混合均匀后进行离心分离，得到的固体即为疏水改性后的纳米纤维素。

步骤(1)中，所述纳米纤维素是由本领域常规方法制备得到的，例如：以天然植物纤维为原料，利用酸化的亚氯酸钠脱除木质素，氢氧化钾脱除半纤维素，得到纤维素原料，在保持纤维素水润胀的状态下，通过一次研磨的方法制备纳米纤维素CNF。还可以采用化学方法制备得到纳米纤维素。

步骤(1)中，所述纳米纤维素悬浮液的质量浓度为1-10％。

步骤(2)中，DL-乳酸溶液的重量为纳米纤维素悬浮液重量的10倍。

步骤(2)中，超声分散的频率是20KHz，时间为1-10min。