一种纤维素疏水材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种纤维素疏水材料的制备方法，纤维素疏水材料由纤维素和环氧化植物油脂反应制备而成。与现有技术相比，该方法的突出优点包括：使用的植物油脂原料来源广泛，价格低廉，制备的纤维素疏水材料表面存在纳米粒子结构、表面粗糙度高、疏水性能较佳、接触角达到137～155°，纤维素表面纤维形成纳米粒子提高粗糙度，在水中浸泡48h饱和吸水率为6～17wt％，仍保持疏水性能。
【专利说明】-种纤维轰疏水材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料的合成领域，具体涉及一种纤维素疏水材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 纤维素是世界上最丰富的生物质资源之一，且具有无污染和可降解等优点。纤维 素表面多轻基，因此易于将纤维素进行改性使其成为疏水材料。目前疏水纤维素纤维的需 求量很大，广泛应用于室外防水装备、雨衣、防污溃产品和挪带等领域。疏水材料展示了其 特有的优势，其制备与应用受到了广泛关注。
[0003] 纤维素疏水材料是通过对纤维素表面的纤维进行化学改性从而使表面纤维疏水， 并且纤维中的孔仍然能保持透气。使用疏水化合物对纤维素表面进行改性可W有效降低其 表面的亲水性。
[0004] 专利CN 101100821B公开了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，该方法采用甲基娃酸轴或甲基娃酸钟水溶液或者是氯娃焼等娃材料对纤维素进行 表面改性并制备出具有超疏水性能的纤维素类材料。
[0005] 专利CN 102492163 A公开了一种疏水性纤维素膜的制备方法，该方法将纤维素溶 于NaOH/尿素/水体系中制得纤维素溶液，由该纤维素溶液制备再生纤维素凝胶。将纤维素 凝胶置于硬脂酸的己醇溶液中，浸泡得复合凝胶，热压干燥后得到高疏水的纤维素膜材料。
[0006] 专利CN 103154165 A公开了一种用于使基材具有疏水性而同时维持其可生物降 解性的方法，所述方法包括用反应性娃焼渗透所述基材W使所述反应性娃焼在所述基材的 间隙空间中形成树脂。
[0007] 专利CN 102554991 A公开了一种提高木材整体疏水性的方法，该方法将疏水化试 剂焼基帰丽二聚体常温溶剂化后，真空加压浸溃处理木材，焼基帰丽二聚体与木材中的纤 维素发生化学反应后，制成木材内外均有疏水性的功能木材。
[0008] 专利CN 102964625 A公开了一种疏水性块体状纤维素气凝胶隔热材料的制备方 法，该方法W化OH/硫脈/水为纤维素溶剂体系，溶解、再生纤维素后经冷冻干燥得到纤维 素气凝胶，使用冷等离子体改性处理气凝胶。
[0009] 上述技术在防水性功能方面可实现不同的功效和耐用性，但是在可持续发展和环 境问题W及成本方面受到限制。
【发明内容】
[0010] 本发明所解决的技术问题是提供一种与现有技术完全不同构思的纤维素疏水材 料的制备方法，且克服了现有技术中纤维素疏水材料制备复杂和不可生物降解等缺陷。
[0011] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
[0012] -种纤维素疏水材料的制备方法，纤维素疏水材料由纤维素和环氧化植物油脂反 应制备而成。
[0013] 上述方法为与现有技术完全不同构思的技术方案，且本申请所用原料无论是纤维 素还是环氧化植物油脂所用的植物油脂均属于可再生原料，不仅价廉易得、环保，而且可持 续发展。
[0014] 本申请通过环氧化植物油在纤维素骨架结构上发生聚合反应，在纤维素表面形成 了纳米粒子结构，并提高了纤维素表面的粗趟度，形成了疏水结构。所得纤维素疏水材料的 接触角达到137?155°。
[0015] 纤维素疏水材料由纤维素和环氧化植物油脂在有机溶剂中、在催化剂的作用下反 应制得，其中，有机溶剂的质量用量为纤维素质量的90?150倍，环氧化植物油脂的质量用 量为纤维素质量的10?100倍。该样可进一步保证物料反应的充分性和所得产品的疏水 性。
[0016] 纤维素和环氧化植物油脂的反应温度为20?70°C，反应时间为5?50min。该样 进一步保证了所得产品的疏水性。
[0017] 上述纤维素疏水材料的制备方法，优选，包括顺序相接的如下步骤：
[0018] (1)将纤维素溶解浸泡在有机溶剂中；
[0019] (2)向步骤（1)所得的混合物中加入环氧化植物油脂，冷凝回流下，升温至20? 70 °C ；
[0020] (3)向步骤（2)所得的混合物中加入催化剂与有机溶剂的混合溶液，在20?7(TC 下，揽拌反应5?50min ;
[002。 （4)去除步骤做所得物料中的有机溶剂，并用与步骤（1)相同的有机溶剂洗涂、 干燥，即得纤维素疏水材料。
[0022] 洗涂的目的是去除未反应的植物油脂等。
[0023] 申请人:经研究发现，在浸泡纤维素原料的有机溶剂中加入环氧化的植物油脂，通 过化学反应环氧化的植物油脂在纤维素链的表面聚合从而包覆在表面纤维素，油脂在纤维 表面聚集成纳米粒子，提高了表面的粗趟度，达到纤维素疏水改性的目标；本申请使用的植 物油脂原料来源广泛，价格低廉，制备的纤维素疏水材料表面聚集了纳米粒子结构、提高了 表面粗趟度、疏水性能优异、接触角大，在水中浸泡4她饱和吸水率为6?17wt%仍保持疏 水性能。
[0024] 本申请反应机理如下：
[00 巧]
【权利要求】
1. 一种纤维素疏水材料的制备方法，其特征在于：纤维素疏水材料由纤维素和环氧化 植物油脂反应制备而成。
2. 如权利要求1所述的纤维素疏水材料的制备方法，其特征在于：纤维素疏水材料由 纤维素和环氧化植物油脂在有机溶剂中、在催化剂的作用下反应制得，其中，有机溶剂的质 量用量为纤维素质量的90?150倍，环氧化植物油脂的质量用量为纤维素质量的10?100 倍。
3. 如权利要求2所述的纤维素疏水材料的制备方法，其特征在于：纤维素和环氧化植 物油脂的反应温度为20?70°C，反应时间为5?50min。
4. 如权利要求1?3任意一项所述的纤维素疏水材料的制备方法，其特征在于：包括 顺序相接的如下步骤： (1) 将纤维素溶解浸泡在有机溶剂中； (2) 向步骤（1)所得的混合物中加入环氧化植物油脂，冷凝回流下，升温至20?70°C; (3) 向步骤（2)所得的混合物中加入催化剂与有机溶剂的混合溶液，在20?70°C下， 搅拌反应5?50min ; (4) 去除步骤⑶所得物料中的有机溶剂，并用与步骤⑴相同的有机溶剂洗涤、干燥， 即得纤维素疏水材料。
5. 如权利要求书4所述的纤维素疏水材料的制备方法，其特征在于：步骤（3)中所述 的催化剂为硫酸、硝酸、磷酸、无水氯化铝、无水氯化铁或无水氯化锡中的一种或两种以上 任意比例的混合物；所述的催化剂的质量用量为纤维素原料质量用量的0. 1?3%。
6. 如权利要求书4所述的纤维素疏水材料的制备方法，其特征在于：步骤（3)中催化 剂与有机溶剂的混合溶液为将质量比为1 : (90?110)的催化剂与有机溶剂混匀，然后再加 入步骤（2)所得的混合物中，其中有机溶剂与步骤（1)中的有机溶剂相同。
7. 如权利要求书1?3任意一项所述的纤维素疏水材料的制备方法，其特征在于：步 骤⑴中所述的有机溶剂为己烷、环己烷、环己酮、丙酮、甲基丁酮、环己烷、乙酸乙酯、乙酸 丙酯或二氯甲烷中的一种或两种以上任意比例混合物。
8. 如权利要求书1?3任意一项所述的纤维素疏水材料的制备方法，其特征在于：步 骤（1)中所述纤维素为微晶纤维素、滤纸纤维素或棉花纤维素中的一种或两种以上任意比 例混合物。
9. 如权利要求书1?3任意一项所述的纤维素疏水材料的制备方法，其特征在于：所 述的环氧化植物油脂的环氧值为3?6. 2% ;环氧化植物油脂为经环氧化的菜籽油、花生 油、粟米油、大豆油、棕榈油、桐油、蓖麻油或梓油中的一种或两种以上任意比例混合物。
10. 如权利要求书1?3任意一项所述的纤维素疏水材料的制备方法，其特征在于：纤 维素疏水材料的接触角为137?155°，纤维素表面纤维形成纳米粒子，在水中浸泡48h后 的饱和吸水率为6?17wt%。
【文档编号】C08G59/02GK104356356SQ201410712841
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】刘鹤, 黄旭娟, 王爱婷, 商士斌, 宋杰 申请人:中国林业科学研究院林产化学工业研究所