[發明專利]一種纖維素復合氧化硅超疏水材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201911284737.X
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN111118944B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 趙媛;黃崇杏;許揚帆;李翠翠;蘇紅霞;王健;張霖雲;趙輝;黃麗婕;段青山
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: D21F13/00
• 分類號: D21F13/00;D21H25/04;D21H25/02;D21H19/14
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張雪

本發明公開了一種纖維素復合氧化硅超疏水材料及其制備方法，屬于超疏水材料領域，通過低溫等離子體預處理不同表面形貌結構的纖維素基底，然后利用低溫等離子體增強化學氣相沉積技術在基底上沉積初步氧化硅層，再通過低溫等離子體修飾上述沉積的氧化硅層，最后再次沉積氧化硅層，從而在纖維素基底上制備得到微納結構超疏水表面，得到纖維素復合氧化硅超疏水材料，是一種環境友好型生物基疏水材料。本發明得到的纖維素復合氧化硅超疏水材料對4～80℃的水均具超疏效果，水接觸角大于150°，水滾動角小于6°，且其工藝簡單、性能穩定、安全高效、成本較低，可廣泛應用于包裝、餐具、防污等領域。

技術領域

本發明涉及超疏水材料領域，特別是涉及一種纖維素復合氧化硅超疏水材料及其制備方法。

背景技術

疏水材料有特殊表面潤濕性，對水和茶、果汁、碳酸類飲料等液體均具有較大接觸角和較低滾動角。尤其是超疏水材料，常具防水、防冰、防污自清潔或流體減阻等功能，可廣泛應用于表面防護、醫療器械、顯示屏、紡織以及產品包裝等領域。纖維素是自然界含量最為豐富的天然高分子材料，無毒無害、綠色環保，具有良好的加工性、機械性能、生物相容性和可降解性，是非常具有潛力的石油化工產品替代物。但純纖維素類材料滲透性較大，有相對較強的水蒸氣、氧氣、二氧化碳和氮氣透過性，易吸濕吸油且抗沖擊性和熱穩定性均較差。因此，隨著全球范圍內掀起的環保大潮，將纖維素類基材進行疏水改性獲得超疏水材料，既可緩解資源矛盾、又是環境友好型生物基材料成為新材料首選。作為可持續生物質材料的“生力軍”，市場空間巨大。

依據仿生學理論，獲得超疏水表面特性主要通過兩種途徑：一是在常規基底表面修飾表面能相對較低的物質，如氟碳類、有機硅類、烴類化合物以及氧化鋅、二氧化鈦等金屬氧化物；二是在低表面能基底表面構造粗糙的微納層級結構。依據這些原理，目前常見超疏水材料制備技術和工藝主要有：光刻技術、等離子體刻蝕技術、微納增材制造技術、涂布法、模板法、自組裝法、沉積法、靜電紡絲法、納米壓印和鑄造法等，這些方法大部分是以玻璃、金屬或常規穩定性聚合物為基底，不適合熱穩定性不佳的生物質材料，同時存在耗時較長，操作過程繁復，成本較高等問題。而低溫等離子體增強化學氣相沉積氧化硅技術的操作方法靈活、工藝重復性好，制備的氧化硅薄膜雜質少、阻隔性高、透明度好、化學性能穩定，可通過改變前驅體和氣體混合物來精確控制鍍層及修飾鍍層；尤其能滿足在較低溫度下的制備需求，減少材料熱損傷，這對于溫度相對敏感的纖維素基底而言非常重要。因此，作為一種高效、低成本、清潔環保的超疏水材料方面表面改性方法，低溫等離子體增強化學氣相沉積氧化硅技術應用前景非常廣闊。

發明內容

本發明的目的是提供一種纖維素復合氧化硅超疏水材料的制備方法，以解決上述現有技術存在的問題，該纖維素復合氧化硅超疏水材料的制備工藝簡單、安全高效、成本較低，可大幅度提高原纖維素基底的疏水性和阻隔性。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種纖維素復合氧化硅超疏水材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備紙、紙板或薄膜基底形式的纖維素基底材料；

(2)采用低溫等離子體預處理纖維素基底材料；

(3)采用低溫等離子體增強化學氣相沉積技術在預處理后的纖維素基底材料上沉積200～1200nm初步氧化硅層；

(4)去除步驟(3)中殘余反應物后，采用低溫等離子體修飾沉積的初步氧化硅層；

(5)在修飾后的初步氧化硅層上采用低溫等離子體增強化學氣相沉積技術再次沉積40～160nm氧化硅層，最終形成微納結構超疏水表面。

進一步地，步驟(1)中所述纖維素基底材料為針葉木纖維素基底、闊葉木纖維素基底、竹類纖維素基底或禾草類纖維素基底；