技术领域
本发明属于生物纳米复合材料领域，特别涉及一种纤维素纳米晶增强复合涂料及其制备方法。
背景技术：
在现代社会中，涂料作为表面防腐剂已经应用越来越广泛。大部分的传统涂料，如木制品家具用涂料，均以硝基漆、聚氨酯、不饱和聚酯、氨基酸等溶剂型涂料为主，而这些涂料中，含有大量的挥发性有机物。有些溶剂型涂料甚至含有苯、甲苯、二甲苯等强致癌物质，这些涂料热固化过程中挥发的物质严重损害了自然环境和人类的健康；所以对环境友好型涂料产生了需求。
紫外光固化涂料由于其卓越的耐老化性能、耐化学腐蚀性、防玷污性和加工效率高、加工工具使用方便以及无化学污染性能而备受关注。紫外光固化成型已经成为高分子领域热固化成型之外的一项重要成型方法。该方法是利用辐射源的短波长光学能量来激发材料中的活性组分，从而引起分子链的快速生长而最终导致材料的固化成型。但是现有的紫外光固化涂料的固化温度不够低、强度低。
技术实现要素：
本发明解决的问题是现有的紫外光固化涂料固化温度不够低，涂料强度低；为解决所述问题，本发明提供一种纤维素纳米晶增强复合涂料及其制备方法。
本发明提供的纤维素纳米晶增强复合涂料包括：丙烯酸酯类低聚物、丙烯酸酯类单体、消泡剂、改性纤维素纳米晶、光引发剂。
本发明还提供纤维素纳米晶增强复合涂料的制备方法，包括：
步骤一、对纤维素纳米晶进行表面改性；
步骤二、对改性后的纤维素纳米晶进行提纯；
步骤三、混合改性后的纤维素纳米晶与制备涂料所需的其它材料。
进一步，所述阳离子表面活性剂采用铵盐类或者季铵盐类，阳离子表面活性剂的浓度为10~20%。
进一步，所述步骤一包括：以45~55 ℃的去离子水为分散液，在电磁搅拌的条件下，用阳离子表面活性剂浸泡纤维素纳米晶1.5~2.5 h。
进一步，所述步骤二去除改性后纤维素纳米晶表面的阳离子表面活性剂。
进一步，所述步骤三包括：
步骤3.1、将丙烯酸酯类低聚物加入到丙烯酸酯类单体中；
步骤3.2、在搅拌条件下，依次加入消泡剂、改性纤维素纳米晶、光引发剂。
进一步，所述的丙烯酸酯类单体选择三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、丙氧基化新戊二醇双丙烯酸酯中的任意一种或者两种；所述的丙烯酸酯类低聚物选择双酚A环氧丙烯酸酯和二缩三丙二醇二丙烯酸酯的混合体系、单丙烯酸酯低聚物中的一种或者两种；所述的消泡剂选择聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚中的一种或者两种；所述的光引发剂选择2-羟基-2-甲基苯基丙酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种或者两种。
在本发明中，通过用丙烯酸酯类单体和低聚物为反应物，在紫外光激发和纤维素纳米晶补强、其他助剂的辅助作用下，能够以较快速率发生自由基聚合而制备无化学污染且固化迅速、力学性能、粘结性能优异的新型纳米复合涂料。
具体实施方式
下文中，结合实施例对本发明的精神和实质作进一步阐述。
实施例1
本实施例针对的是以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，在45 ℃下对纤维素纳米晶在去离子水的分散液中浸泡处理1.5 h，改性后，与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯为单体，以双酚A环氧丙烯酸酯和二缩三丙二醇二丙烯酸酯的混合体系为反应体系的低聚物，以聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚为消泡剂，以2-羟基-2-甲基苯基丙酮为光引发剂的混合溶液充分搅拌均匀后，溶液经强度为600 mJ/cm2的紫外线照射1 min后固化成型。
本实施例中纤维素纳米晶含量为2 %，所制备的增强纳米复合涂料玻璃化转变温度为38 ℃，比未加入纤维素纳米晶的涂料降低3 ℃，吸水性为0.0001 g/cm2*min, 光透过率为89 %。
实施例2
本实施例针对的是以季铵盐为表面活性剂，在48 ℃下对纤维素纳米晶在去离子水的分散液中浸泡处理2.5 h，改性后，与丙氧基化新戊二醇双丙烯酸酯为单体，以单丙烯酸酯低聚物为反应体系的低聚物，以聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚为消泡剂，以2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮为光引发剂的混合溶液充分搅拌均匀后，溶液经强度为800 mJ/cm2的紫外线照射0.5 min后固化成型。
本实施例中纤维素纳米晶含量为1 %，所制备的增强纳米复合涂料玻璃化转变温度为37 ℃，比未加入纤维素纳米晶的涂料降低4 ℃，吸水性为0.00011 g/cm2*min, 光透过率为90 %。
实施例3
本实施例针对的是以季铵盐为表面活性剂，在50℃下对纤维素纳米晶在去离子水的分散液中浸泡处理2.2 h，改性后，与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯为单体，以单丙烯酸酯低聚物为反应体系的低聚物，以聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚为消泡剂，以2-羟基-2-甲基苯基丙酮为光引发剂的混合溶液充分搅拌均匀后，溶液经强度为700 mJ/cm2的紫外线照射0.8 min后固化成型。
本实施例中纤维素纳米晶含量为1.5 %，所制备的增强纳米复合涂料玻璃化转变温度为37.5 ℃，比未加入纤维素纳米晶的涂料降低3.5 ℃，吸水性为0.00013 g/cm2*min, 光透过率为88 %。
实施例4
本实施例针对的是以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，在45 ℃下对纤维素纳米晶在去离子水的分散液中浸泡处理2.0 h，改性后，与丙氧基化新戊二醇双丙烯酸酯为单体，以单丙烯酸酯低聚物为反应体系的低聚物，以聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚为消泡剂，以2-羟基-2-甲基苯基丙酮为光引发剂的混合溶液充分搅拌均匀后，溶液经强度为700 mJ/cm2的紫外线照射2.5 min后固化成型。
本实施例中纤维素纳米晶含量为2.0 %，所制备的增强纳米复合涂料玻璃化转变温度为37 ℃，比未加入纤维素纳米晶的涂料降低4 ℃，吸水性为0.0001g/cm2*min, 光透过率为88 %。
实施例5
本实施例针对的是以烷基三甲基铵盐为表面活性剂，在52 ℃下对纤维素纳米晶在去离子水的分散液中浸泡处理1.2 h，改性后，与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯为单体，以单丙烯酸酯低聚物为反应体系的低聚物，以聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚为消泡剂，以2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮为光引发剂的混合溶液充分搅拌均匀后，溶液经强度为650 mJ/cm2的紫外线照射2.5 min后固化成型。
本实施例中纤维素纳米晶含量为2.5 %，所制备的增强纳米复合涂料玻璃化转变温度为38 ℃，比未加入纤维素纳米晶的涂料降低3 ℃，吸水性为0.00012 g/cm2*min, 光透过率为88 %。
实施例6
本实施例针对的是以烷基三甲基铵盐为表面活性剂，在55 ℃下对纤维素纳米晶在去离子水的分散液中浸泡处理2.5 h，改性后，与丙氧基化新戊二醇双丙烯酸酯为单体，以双酚A环氧丙烯酸酯低聚物为反应体系的低聚物，以聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚为消泡剂，以2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮为光引发剂的混合溶液充分搅拌均匀后，溶液经强度为800 mJ/cm2的紫外线照射1.5 min后固化成型。
本实施例中纤维素纳米晶含量为2.5 %，所制备的增强纳米复合涂料玻璃化转变温度为37.2 ℃，比未加入纤维素纳米晶的涂料降低3.8 ℃，吸水性为0.00013 g/cm2*min, 光透过率为88 %。
与现有的溶剂型涂料相比，本发明所制备的新型涂料通过紫外光固化方式成型，没有任何化学物质挥发，具有环境友好性，且对人类身体无害，满足目前人们对于提高生活质量的需求；与目前已有的绿色涂料相比，本发明通过紫外光固化法成型，操作工艺简单，且由于引进纤维素填料，材料成本大幅度降低的同时耐水性、透明性、机械性能均得到提高。综上，本发明具有明显的工业应用优势。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。