一种纤维素纳米晶超亲水涂层、制备方法及应用

本发明涉及自清洁材料，具体涉及一种纤维素纳米晶超亲水涂层、制备方法及应用。

背景技术：

1、天然纤维素作为地球上可再生资源，具有来源广泛、可生物降解、成本低廉的优异特性。通过将纤维素制备成纳米级高分子材料，利用纳米尺寸效应，将一定程度优化其性能，扩大纤维素材料的应用领域。在天然纤维素中，纤维素链排列成高度有序的晶体结构或无序区域，其中无序区域易被硫酸等强酸水解，提纯得到晶体区域，进而制备纤维素纳米晶。

2、纤维素纳米晶表面具有丰富的羟基、羧基等亲水基团。但由于大量亲水基团受到定向限制，当被暴露在空气中时，它们将因为无法重新定向而失去优异的亲水性能。同时由于纤维素纳米晶脆弱的机械强度，即使是微小的外部环境变化(例如磨损、酸/碱溶液)也将不可避免地导致纤维素纳米晶脱落。由此产生的脆弱且稀疏的涂层将不可避免地被污染物渗透和污染。

3、因此，现需提供一种坚固致密且具有超亲水性的纤维素纳米晶超亲水涂层、制备方法及应用。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种纤维素纳米晶超亲水涂层、制备方法及应用。

2、首先，本发明提供一种纤维素纳米晶超亲水涂层制备方法，包括以下步骤：

3、s1.将漂白纤维素加入到硫酸溶液中进行水解，反应终止后去除表面残留的硫酸，并离心得到纤维素纳米晶悬浮液；所述漂白纤维素与所述硫酸溶液的质量比为1∶10-15；

4、s2.将所述纤维素纳米晶悬浮液喷雾干燥得到粉末状的纤维素纳米晶，将纤维素纳米晶超声溶解得到定量的纤维素纳米晶水溶液；所述纤维素纳米晶水溶液的质量分数为0.5-10％；

5、s3.将单宁酸和胺类聚合物溶于定量的缓冲液中，超声后静置；所述单宁酸、所述胺类聚合物和所述缓冲液的用量比为：0.1-2g：0.1-1g：50-200ml；

6、s4.先在基材表面使用s3制得的混合液制作单宁酸/胺类聚合物的中间粘合层并干燥，再在中间粘合层表面涂覆s2制得的纤维素纳米晶水溶液，进而获得纤维素纳米晶超亲水涂层。

7、所述漂白纤维素纤维为漂白针叶木纤维、漂白阔叶木纤维、漂白竹纤维中的一种或多种。

8、所述胺类聚合物包括聚酰胺、聚氨酯、聚芳酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺及其共聚物中的任一一种。

9、所述缓冲液包括三羟甲基氨基甲烷、3-吗啉丙磺酸、4-羟乙基哌嗪乙磺酸、n-三(羟甲基)甲基甘氨酸中的任一一种。

10、在s3中，超声功率为300w，超声处理时间为20min-40min，静置时间为5-12h。

11、在s4中，所述中间粘合层的制备方法和所述纤维素纳米晶水溶液的涂覆方法包括机械辊涂、提拉浸涂、重力淋涂、高压无气喷涂或其他涂覆方法。

12、其次，本发明还提供一种纤维素纳米晶超亲水涂层，采用如上所述的制备方法制得。

13、其包括涂覆在基材表面上的中间粘合层和涂覆在所述中间粘合层上的纤维素纳米晶涂层，所述中间粘合层的原料包括单宁酸、胺类聚合物和缓冲液，所述纤维素纳米晶涂层的原料包括漂白纤维素和硫酸溶液。

14、所述漂白纤维素纤维为漂白针叶木纤维、漂白阔叶木纤维、漂白竹纤维中的一种或多种；所述胺类聚合物包括聚酰胺、聚氨酯、聚芳酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺及其共聚物；所述缓冲液包括：三羟甲基氨基甲烷、3-吗啉丙磺酸、4-羟乙基哌嗪乙磺酸、n-三(羟甲基)甲基甘氨酸。

15、再次，本发明进一步提供一种根据如上所述的制备方法所制得的纤维素纳米晶超亲水涂层在绿色环保涂料中的应用。

16、本发明技术方案，具有如下优点：

17、在本发明中，在缓冲液环境中单宁酸/胺类聚合物组成的中间粘合剂层可以引入丰富的官能团，其中氨基和邻苯二酚基团可以作为纤维素纳米晶的锚定点，利用中间粘合剂层的氨基和邻苯二酚基团与纤维素纳米晶的静电相互作用、氢键、配位反应的协同效应，从而在基材表面制得纤维素纳米晶超亲水涂层，该纤维素纳米晶超亲水涂层克服了现有技术中纤维素纳米晶涂层易脱落、膜层脆弱的缺点，具有优异抗老化性、超亲水性；同时其作为衍生自木质纤维素材料的纳米级可再生资源，具有绿色环保、无毒无污染等优点，是一种耐老化且亲水性强的绿色环保涂料。

技术特征：

1.一种纤维素纳米晶超亲水涂层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种纤维素纳米晶超亲水涂层制备方法，其特征在于，所述漂白纤维素纤维为漂白针叶木纤维、漂白阔叶木纤维、漂白竹纤维中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种纤维素纳米晶超亲水涂层制备方法，其特征在于，所述胺类聚合物包括聚酰胺、聚氨酯、聚芳酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺及其共聚物中的任一一种。

4.根据权利要求1所述的一种纤维素纳米晶超亲水涂层制备方法，其特征在于，所述缓冲液包括：三羟甲基氨基甲烷、3-吗啉丙磺酸、4-羟乙基哌嗪乙磺酸、n-三(羟甲基)甲基甘氨酸中的任一一种。

5.根据权利要求1所述的一种纤维素纳米晶超亲水涂层制备方法，其特征在于，在s3中，超声功率为300w，超声处理时间为20min-40min，静置时间为5-12h。

6.根据权利要求1所述的一种纤维素纳米晶超亲水涂层制备方法，其特征在于，在s4中，所述中间粘合层的制备方法和所述纤维素纳米晶水溶液的涂覆方法包括机械辊涂、提拉浸涂、重力淋涂、高压无气喷涂或其他涂覆方法。

7.一种纤维素纳米晶超亲水涂层，其特征在于，采用权利要求1-6中任一项所述的制备方法制得。

8.根据权利要求7所述的一种纤维素纳米晶超亲水涂层，其特征在于，其包括涂覆在基材表面上的中间粘合层和涂覆在所述中间粘合层上的纤维素纳米晶涂层，所述中间粘合层的原料包括单宁酸、胺类聚合物和缓冲液，所述纤维素纳米晶涂层的原料包括漂白纤维素和硫酸溶液。

9.根据权利要求8所述的一种纤维素纳米晶超亲水涂层，其特征在于，所述漂白纤维素纤维为漂白针叶木纤维、漂白阔叶木纤维、漂白竹纤维中的一种或多种；所述胺类聚合物包括聚酰胺、聚氨酯、聚芳酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺及其共聚物中的任一一种；所述缓冲液包括三羟甲基氨基甲烷、3-吗啉丙磺酸、4-羟乙基哌嗪乙磺酸、n-三(羟甲基)甲基甘氨酸中的任一一种。

10.一种根据权利要求1-6所述的制备方法所制得的纤维素纳米晶超亲水涂层在绿色环保涂料中的应用。

技术总结
本发明公开了纤维素纳米晶超亲水涂层、制备方法及应用，包括：将漂白纤维素加入到硫酸溶液中进行水解，反应终止后去除表面残留的硫酸，并离心得到纤维素纳米晶悬浮液；漂白纤维素与硫酸溶液的质量比为1：10‑15；将纤维素纳米晶悬浮液喷雾干燥得到粉末状的纤维素纳米晶，将纤维素纳米晶超声溶解得到定量的纤维素纳米晶水溶液；纤维素纳米晶水溶液的质量分数为0.5‑10％；将单宁酸和胺类聚合物溶于定量的缓冲液中，超声后静置；单宁酸、胺类聚合物和缓冲液的用量比为：0.1‑2g：0.1‑1g：50‑200ml；先在基材表面使用S3制得的混合液制作单宁酸/胺类聚合物的中间粘合层并干燥，再在中间粘合层表面涂覆S2制得的纤维素纳米晶水溶液，进而获得纤维素纳米晶超亲水涂层。

技术研发人员：谭小飞,刘佳琦,胡新将,刘少博,李江,洪佳铭,张敏
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14