[发明专利]纤维素纳米晶体/二氧化硅复合模板法制备超疏水涂层

说明书

本发明是用纤维素纳米晶体/二氧化硅复合模板法制备超疏水涂层的方法，包括如下步骤：(1)以浓度56％硫酸处理微晶纤维素MCC；(2)进行离心洗涤；(3)将纤维素纳米晶体悬浮液中的水分用乙醇置换；(4)研磨待用；(5)把样品冷冻到‑30℃时再抽真空冷冻干燥。优点：以硬脂酸作为改性剂，可以与SiO₂/NCC的表面‑OH发生脱水反应，并且硬脂酸还引入了疏水性‑CH₃基团，从而降低了SiO₂/NCC的表面能；且纤维素纳米晶体与二氧化硅复合不但具有生物高分子材料的特性，也兼具有无机材料的耐候性、硬度等特性，可用于室内外用涂料的改性，可在建筑楼面清洁及家具防污染等方面发挥作用。

技术领域

本发明涉及的是用纤维素纳米晶体与二氧化硅复合模板法制备超疏水涂层的方法，属于涂层及其改性技术领域。

背景技术

水性涂层相比传统的有机涂层，拥有健康、低污染的特点，且纤维素纳米晶体来源广，具有超强的强度和柔韧性，并可生物降解，符合当下绿色发展趋势，有着广阔的应用前景。当前利用有机硅或二氧化硅为模板的超疏水制备方法均存在，如Hulya Budunoglu等在室温条件下以甲基三乙氧基硅烷为原料，经过水解、缩聚、陈化等过程，制备了接触角为179.9°，且具有良好透明性、弹性以及热稳定性的超疏水有机硅气凝胶薄膜，在500℃下也能保持良好的超疏水性。又如Sanjay S. Latthe等在室温条件下采用溶胶-凝胶技术，使用甲基三乙氧基硅烷 (MTEOS) 为疏水试剂，正硅酸乙酯 (TEOS) 为水解前驱体，合成了多孔二氧化硅薄膜，MTEOS:TEOS (摩尔比) 在0~0.43之间，最终得到的硅薄膜静态接触角高达160°，而滚动角则低至3°。使用纳米二氧化硅制备的涂膜也具有很好的自清洁效应。JavierBravo等采用层-层沉积法，将两种不同粒度的二氧化硅溶胶 (20nm和7nm) 与聚电解质聚(丙烯胺盐酸盐) 和聚苯乙烯磺酸钠复合，制备了接触角为160°，滚动角小于10°的透明超疏水薄膜，具有高的接触角和小的滚动角。

本发明则将纤维素纳米晶体和二氧化硅进行复合，用硬脂酸进行表面修饰，本发明承袭了纤维素纳米晶体高强度与高韧性的特点，提高涂层的力学性能。尤其可生物降解的绿色环保性，在室内外有用在涂料的地方均可使用，建筑上可以在雨水冲刷下保持楼面清洁，家具上可以防污染等的广泛运用方向。

发明内容

本发明提出的是一种用纤维素纳米晶体/二氧化硅复合模板法制备超疏水涂层的方法，其目的旨在针对目前市场上涂层普遍存在耐水性和力学性能差等问题，对纤维素纳米晶体进行硫酸水解，将甲苯溶液与纤维素纳米晶体-乙醇溶液进行均匀混合制得二氧化硅溶液，通过硬脂酸对二氧化硅表面进行疏水改性，冷冻干燥后得到硬脂酸改性的纤维素纳米晶体/二氧化硅复合材料。使其具备如荷叶般自清洁功能并且在一定程度上提高涂层耐磨性和延展性等性能。制备工艺简单、不需要复杂昂贵的仪器辅助。

本发明的技术解决方案：用纤维素纳米晶体/二氧化硅复合模板法制备超疏水涂层的方法，包括如下步骤：

(1)以浓度56％硫酸处理微晶纤维素MCC，重量比例MCC:H₂SO₄=1：（8.15-9.45）g/ml，热水浴温度为40℃，时间为50min-60min；直至MCC全部水解；

(2)进行离心洗涤，离心速度6000rpm，时间3-5min，次数4次-5次；随后进行透析去除酸根离子，80％功率超声处理三个小时，超声1.5s，间隙1.5s；得纤维素纳米晶体溶液NCC，备用；

(3)透析除去纤维素表面的 H ⁺ 和 SO²₄^- ,然后将质量浓度为 95% 乙醇混合入纤维素纳米晶体悬浮液，在 100 MPa 的条件下,将含有酸处理后纤维素纳米晶体的 95%乙醇通过高压均质机 3 次, 通过以上化学预处理和高压均质后得到纤维素纳米晶体-乙醇悬浮液；