[发明专利]一种防水型纳米纤维素的制备方法

说明书

本发明公开了一种防水型纳米纤维素的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。将预处理改性纳米纤维素与改性木质素磺酸钠溶液按质量比1：20～1：30混合于反应釜中，并向反应釜中加入预处理改性纳米纤维素质量0.1～0.2倍的分散剂，于温度为40～50℃，转速为300～320r/min的条件下，搅拌反应1～3h后，过滤，得防水型纳米纤维素坯料，将防水型纳米纤维素坯料于温度为60～80℃的条件下干燥1～2h后，得防水型纳米纤维素。本发明所得防水型纳米纤维素具有优异的疏水性能。

技术领域

本发明公开了一种防水型纳米纤维素的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

随着经济的高速发展和科学技术的不断进步，各种材料已经被广泛应用于人们的生产和生活之中，成为人们生活中必不可少的一部分。传统的石化材料在自然界中却难以降解，形成的“白色污染”对人类的生存环境造成了严重威胁。此外，石化材料的使用也不利于可持续发展的原则，开发利用生物质材料迫在眉睫。大自然之中存在很多废弃的木质资源和未开发的生物质资源，比如灌木资源、农作物秸秆等，这些资源都有待高附加值利用。纤维素是一种来源广泛、可再生的生物质材料。将其处理为纳米纤维素后具有较好的性能，比如高强度、生物相容、可降解等优点，是一种理想的生物质材料。因此，提取纳米纤维素就是实现生物质材料高附加值利用的有效途径。但在许多高端用途中，比如电子能源器件、微流体芯片等，它的天然吸水吸湿特性是致命缺陷。很多情况下，使用环境对材料的防水性能提出了更高的要求。因此，对纳米纤维素进行改性，构筑超疏水表面具有重要意义。

纤维素纤维是亲水性的材料，这是主要是由于纤维素表面含有大量的羟基（每个葡萄糖单元有3个）。因此，用纤维作为非极性聚合材料的增强剂时，得到的复合材料的耐用性和机械性能就会降低，因为纤维与基质之间没有形成良好吸附。纤维素纤维具有含量丰富的、可再生、可生物降解以及良好的机械性能等许多无可比拟的优良特性，因此研究人员投了入大量的时间和精力去解决纤维素与非极性材料的兼容性问题。研究工作最重要的内容就是通过化学反应来对纤维素纤维进行表面改性，也就是通过纤维素和聚合物基质分子间的共价键结合将需要的官能团连接到纤维素分子表面。

为了提高纳米纤维素在非水介质中的分散作用，研究者们采用了很多化学改性技术，如连接疏水小分子、接枝聚合物和低聚物、吸附疏水化合物到纳米纤维素表面的羟基上等。Shuji等将正癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基和十八烷基脂肪胺分别与TEMPO氧化纳米纤维素在水/异丙醇溶液中混合，从而把脂肪族引入到纳米纤维素表面，得到的羧基/胺盐复合物的溶液不仅保持了纳米纤维素的晶体结构，同时也提高的纳米纤维素在非极性溶液中的分散性能。Richard等用硬脂胺作为改性化合物，通过与TEMPO氧化制备的纳米纤维素发生酰胺化和离子络合反应制备出表面疏水改性的纳米纤维素，检测结果表明这两种方法都可以获得高取代度的纳米纤维素，且疏水改性后的纳米纤维素在酸溶液中的稳定性很好，可以均匀的分散在N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜和1,3-二甲基-2-咪唑啉酮等多种极性不同的溶液中。Rodionova等采用气相酯化的方法来对纳米纤维素进行改性。用到的改性化学品是三氟乙酸酐和醋酸蒸汽混合物，通过采用不同的混合比、反应时间来制备疏水改性程度不同纳米纤维素膜。研究结果表明和未改性样品相比，气相酯化改性提高了膜的接触角。目前传统的纳米纤维素还存在疏水性能不佳的问题，因此还需对其进行研究。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是：针对传统纳米纤维素疏水性能不佳的问题，提供了一种防水型纳米纤维素的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）将木浆与水按质量比1：10～1：12混合，搅拌分散，得木浆分散液，将木浆分散液与溴化钠按质量比100：1～100：2混合，并加入溴化钠质量0.15～0.25倍的TEMPO和溴化钠质量4～5倍的次氯酸钠，于碱性条件下，搅拌反应后，抽滤，洗涤，干燥，得氧化纳米纤维素；