[发明专利]一种疏水纳米纤维素材料的制备方法

说明书

本发明属疏水材料制备领域，具体涉及一种疏水纳米纤维素的制备方法。本发明所述的一种疏水纳米纤维素的制备方法，通过使用生物相容性好的单宁酸或多巴胺作为交联剂，将烷基胺通过共价键接枝到纳米纤维素表面，烷基胺‑纳米纤维素疏水材料作为疏水涂层，喷涂在基体材料表面后，一方面保留了烷基胺的化学疏水能力，另一方面将协同纳米纤维素在材料表面形成粗糙微纳结构，具有较好的疏水效果，在疏水性能和耐用性上得到飞越性的提高，使材料能达到超疏水的效果。

技术领域

本发明属疏水材料制备领域，具体涉及一种疏水纳米纤维素的制备方法。

背景技术

疏水材料被应用于社会中的各个领域，从食品包装到衣物，甚至是自清洁表面或油水分离材料等，都离不开疏水材料的作用，可以说疏水材料体现在生活中的方方面面，应用十分广泛。

对材料的疏水处理主要能通过物理和化学两个方法来实现。物理处理疏水是制备具有微纳米结构的粗糙表面，通过物理力学来实现疏水。化学处理疏水改性是在材料中加入低表面能的物质，如含有长烷基链的物质或者含氟的物质，从而实现化学疏水。这两种制备疏水材料的方法有利有弊。通过构建粗糙界面来制备疏水材料的物理疏水途径虽然制备的疏水材料效果较好，但制备过程相对来说比较繁琐，且粗糙界面容易被破坏，使得疏水效果大幅度下降，需要定时更换，因此成本较高。一般工业化生产疏水材料的主要方式是化学疏水，该方式工业化程度较高，但该方法疏水效果也并不出色，只可以满足一般的疏水要求。而且大部分疏水材料中含有重金属或氟，加工过程中也多数需要用到有机溶剂，对环境会有一定的危害，也会影响使用者的健康。而理想的制备方法为两方面结合，起到协同作用，不仅构建纳米级别的粗糙的表面，还有在其表面覆盖低表面能的物质。

专利号CN201310094667.8“一种耐用性超疏水材料的制备方法”和专利号CN202010704307.5“一种钢琴白键皮用高强高韧PMMA超疏水复合材料”都制备出了耐用性良好的疏水材料，但在制备过程中需要使用大量的有机溶剂，容易对环境造成污染，不利于发展可持续性社会。专利号CN109082229A“一种耐磨性疏水材料的制备方法”，制备了一种具有良好耐久性的超疏水材料，但其制备条件需要加热至160℃，大大的提高了制备难度和成本。同时制备过程中也使用了大量有机溶剂，包括氨水、正硅酸乙酯、丙醇、硅烷，生物相容性较差。专利号CN200710055835.7“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”用硅烷改性棉纤维和纸纤维表面，制备了超疏水的棉纤维。在该制备途径中，使用了大量的有机溶剂，而且通过硅烷制备的疏水涂层的力学性能差，制备出来的疏水棉纤维和纸纤维的耐用性也相对不足。因此，制备一种防水效果突出、工艺简单、生物可降解、环境和生物相容性良好、方便使用的多功能防水材料是有必要的。

纳米纤维素来源广泛，可以从木浆或棉花等中提取。另一方面，纳米纤维素性能优越，具有长径比大、水分散性好、比表面积大等优点，一般用作增强剂可以极大地提高材料的机械性能和耐用性。纳米纤维素的广泛应用是新时期环保趋势下的必然结果，将取代容易带来环境污染且成本高的材料。同时，纳米纤维素的直径在5-30nm左右，喷涂在材料表面后可在材料表面形成微纳结构，可增加材料表面的粗糙度，从而增加疏水性。因此纳米纤维素在做疏水涂层领域具有较大的应用潜力。然而纳米纤维素表面富含羟基，具有较好的亲水性，因此需要对纳米纤维素进行改性以增加纳米纤维素的疏水性能。

在纳米纤维素表面引入具有疏水性的烷基链是一种纳米纤维素疏水改性的有效策略。烷基胺是一种具有长碳链结构的化学物质，多应用于织物抗静电剂、和防水剂、和杀菌剂等，同时烷基胺毒性低，对人体基本无害，具有良好的生物相容性，在日常生活中能有较大的应用。烷基胺涂覆在材料表面时非常平整，主要依靠化学基团疏水，疏水效果较差，而且易磨损，耐用性较低。而且烷基胺的熔点较低，当环境温度高于烷基胺的熔点时，烷基胺融化，疏水涂层会遭到破坏。通过将烷基胺接枝到纳米纤维素上，可以提高烷基胺疏水涂层的耐用性和热稳定性。

发明内容