[發(fā)明專利]一種納米纖絲纖維素表面疏水改性方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810193953.2
• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN108264613A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發(fā)明（設計）人: 溫洋兵;曲家磊;劉雄利
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: C08F251/02
• 分類號: C08F251/02;C08F222/04;C08F220/10
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本發(fā)明要求保護一種納米纖絲纖維素表面疏水改性方法，其通過在納米纖維素表面接枝烯基琥珀酸酐或烷基烯酮二聚體，取代部分羥基、羧基等親水性基團，從而達到改變納米纖維表面能的目的，使其由超親水轉變?yōu)槭杷?，最終能夠拓展其應用領域。該工藝過程操作簡單，成本低廉，效果顯著。

技術領域

本發(fā)明涉及納米纖維素領域，更具體地是一種利用造紙法反應型施膠劑對納纖維素表面進行疏水化改性。

背景技術

納米纖維素包括納米纖化纖維素和納米結晶纖維素，其是一種從植物纖維素分離得到的直徑為5-20nm，長度幾百納米至幾十微米的絲狀纖維素纖維。納米纖維素作為一種新型納米纖維材料，其不僅具有纖維素的特性，更具有納米材料的諸多特性，如巨大的比表面積、較高的楊氏模量、超強的吸附能力和高的反應活性，使其與普通纖維素的性質有很大差異，因此備受國內外的研究者們的青睞。近年來納米纖維素凝膠及纖維的應用研究較多，例如食品、涂料、日化、藥物緩釋、可降解水凝膠、精細化工及高強度納米材料等行業(yè)和領域。

目前納米纖維素常用的制備主要是以輔助生物(酶處理)，化學預處理(TEMPO氧化，陽離子化等)等前期預處理將纖維潤脹，而后經高壓均質機均質剪切得到凝膠狀的納米纖維素。納米纖維素巨大的比表面積、表面豐富的羥基含量，以及納米纖維素制備過程中的親水改性，使得納米纖維素表現(xiàn)出優(yōu)異的親水性，通常1％時即成透明凝膠(納米纖維素凝膠)，濃度大多為4％以下，使得所生產出來的納米纖維素具有共同的特性，凝膠性，通常未改性的納米纖維素凝膠為白色乳狀，羧基改性或陽離改性后的納米纖維素均為半透明或透明的凝膠。

超親水的納米纖維素凝膠具有超強的保水能力(通常含水量大于95％)，將納米纖絲纖維素凝膠的應用限制在親水性領域，使其無法在油性或非水溶劑中分散，因而很難將納米纖維素應用于材料行業(yè)的加工成型。為了擴展納米纖維素的應用領，使其成為一種理想的成型塑造材料，對應的表面功能化修飾變得不可避免。另外，納米纖絲纖維素其突出的物理化學特性使其成為理想的材料用于代替石油產品基高分子合成材料，巨大的應用前景促進了表面功能化修飾，因此研究納米纖絲纖維素的疏水改性表變得尤為重要。

納米纖維素作為一種新型的納米材料，近年來，其應用領域的研究不僅局限在凝膠領域，國內的研究者將納米纖維素纖維作為特殊的功能材料，將其應用于汽車、航空、結構等材料，然而在材料中應用的前提是先將納米纖維素纖維從凝膠狀中提取出來，同時需通過化學手段改變納米纖維素的表面特性才能將其后添加到材料加工。目前已報到的納米纖維素的疏水改性方法主要為酯化改性、硅烷偶聯(lián)劑改性。例如，專利(申請?zhí)枺?01610993865.1)公開了一種利用硅烷偶聯(lián)劑改性制備疏水性納米纖維素；專利(申請?zhí)枺?01710667227.5)公開了一種高效的硅烷改性納米纖維素的方法，該法充分利用化學氣相沉積方法，通過原位反應一步法直接制備得到疏水改性的納米纖維素，可選用的硅烷化試劑種類廣泛，無溶劑污染、無須復雜的后處理過程，并且可保持材料原有的優(yōu)良性質。專利(申請?zhí)枺?01710000299.4)公開了一種利用丙烯酰胺對納米纖維素進行改性，得到疏水納米纖維素。專利(申請?zhí)枺?01510555794.2)公開了一種將單體苯乙烯接枝到纖維素納米晶體的表面的納米纖維素。而對于烷基烯酮二聚體和烯基琥珀酸酐對納米纖維素的疏水改性則尚無報道，僅有專利CN104499361B公開了一種含有納米微晶纖維素的AKD施膠劑、制備方法及其用途。

本發(fā)明利用造紙行業(yè)常用的施膠劑(疏水物質)對納米纖維素進行表面疏水改性，通過在納米纖絲纖維素/微纖化纖維素表面接枝疏水基團，改變其表面能使其能夠分散于非水體系，使其能夠應用于復合材料加工等領域。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的為通過化學修飾/接枝的手段將具有造紙反應型施膠劑接枝在納米纖維素表面，取代納米纖維素表面部分羥基、羧基等親水性基團，從而達到改變納米纖維表面能的目的，使其由超親水轉變?yōu)槭杷?，最終能夠拓展其應用領域。該工藝過程操作簡單，成本低廉，效果顯著。

為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采用的技術方案為：