一種纖維素疏水材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種纖維素疏水材料的制備方法，纖維素疏水材料由纖維素和環(huán)氧化植物油脂反應(yīng)制備而成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方法的突出優(yōu)點(diǎn)包括：使用的植物油脂原料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，制備的纖維素疏水材料表面存在納米粒子結(jié)構(gòu)、表面粗糙度高、疏水性能較佳、接觸角達(dá)到137～155°，纖維素表面纖維形成納米粒子提高粗糙度，在水中浸泡48h飽和吸水率為6～17wt％，仍保持疏水性能。
【專利說(shuō)明】-種纖維轟疏水材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料的合成領(lǐng)域，具體涉及一種纖維素疏水材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 纖維素是世界上最豐富的生物質(zhì)資源之一，且具有無(wú)污染和可降解等優(yōu)點(diǎn)。纖維 素表面多輕基，因此易于將纖維素進(jìn)行改性使其成為疏水材料。目前疏水纖維素纖維的需 求量很大，廣泛應(yīng)用于室外防水裝備、雨衣、防污潰產(chǎn)品和挪帶等領(lǐng)域。疏水材料展示了其 特有的優(yōu)勢(shì)，其制備與應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注。
[0003] 纖維素疏水材料是通過(guò)對(duì)纖維素表面的纖維進(jìn)行化學(xué)改性從而使表面纖維疏水， 并且纖維中的孔仍然能保持透氣。使用疏水化合物對(duì)纖維素表面進(jìn)行改性可W有效降低其 表面的親水性。
[0004] 專利CN 101100821B公開(kāi)了超疏水棉纖維材料或超疏水紙纖維材料的制備方法 及用途，該方法采用甲基娃酸軸或甲基娃酸鐘水溶液或者是氯娃焼等娃材料對(duì)纖維素進(jìn)行 表面改性并制備出具有超疏水性能的纖維素類材料。
[0005] 專利CN 102492163 A公開(kāi)了一種疏水性纖維素膜的制備方法，該方法將纖維素溶 于NaOH/尿素/水體系中制得纖維素溶液，由該纖維素溶液制備再生纖維素凝膠。將纖維素 凝膠置于硬脂酸的己醇溶液中，浸泡得復(fù)合凝膠，熱壓干燥后得到高疏水的纖維素膜材料。
[0006] 專利CN 103154165 A公開(kāi)了一種用于使基材具有疏水性而同時(shí)維持其可生物降 解性的方法，所述方法包括用反應(yīng)性娃焼滲透所述基材W使所述反應(yīng)性娃焼在所述基材的 間隙空間中形成樹(shù)脂。
[0007] 專利CN 102554991 A公開(kāi)了一種提高木材整體疏水性的方法，該方法將疏水化試 劑焼基帰麗二聚體常溫溶劑化后，真空加壓浸潰處理木材，焼基帰麗二聚體與木材中的纖 維素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，制成木材內(nèi)外均有疏水性的功能木材。
[0008] 專利CN 102964625 A公開(kāi)了一種疏水性塊體狀纖維素氣凝膠隔熱材料的制備方 法，該方法W化OH/硫脈/水為纖維素溶劑體系，溶解、再生纖維素后經(jīng)冷凍干燥得到纖維 素氣凝膠，使用冷等離子體改性處理氣凝膠。
[0009] 上述技術(shù)在防水性功能方面可實(shí)現(xiàn)不同的功效和耐用性，但是在可持續(xù)發(fā)展和環(huán) 境問(wèn)題W及成本方面受到限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種與現(xiàn)有技術(shù)完全不同構(gòu)思的纖維素疏水材 料的制備方法，且克服了現(xiàn)有技術(shù)中纖維素疏水材料制備復(fù)雜和不可生物降解等缺陷。
[0011] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0012] -種纖維素疏水材料的制備方法，纖維素疏水材料由纖維素和環(huán)氧化植物油脂反 應(yīng)制備而成。
[0013] 上述方法為與現(xiàn)有技術(shù)完全不同構(gòu)思的技術(shù)方案，且本申請(qǐng)所用原料無(wú)論是纖維 素還是環(huán)氧化植物油脂所用的植物油脂均屬于可再生原料，不僅價(jià)廉易得、環(huán)保，而且可持 續(xù)發(fā)展。
[0014] 本申請(qǐng)通過(guò)環(huán)氧化植物油在纖維素骨架結(jié)構(gòu)上發(fā)生聚合反應(yīng)，在纖維素表面形成 了納米粒子結(jié)構(gòu)，并提高了纖維素表面的粗趟度，形成了疏水結(jié)構(gòu)。所得纖維素疏水材料的 接觸角達(dá)到137?155°。
[0015] 纖維素疏水材料由纖維素和環(huán)氧化植物油脂在有機(jī)溶劑中、在催化劑的作用下反 應(yīng)制得，其中，有機(jī)溶劑的質(zhì)量用量為纖維素質(zhì)量的90?150倍，環(huán)氧化植物油脂的質(zhì)量用 量為纖維素質(zhì)量的10?100倍。該樣可進(jìn)一步保證物料反應(yīng)的充分性和所得產(chǎn)品的疏水 性。
[0016] 纖維素和環(huán)氧化植物油脂的反應(yīng)溫度為20?70°C，反應(yīng)時(shí)間為5?50min。該樣 進(jìn)一步保證了所得產(chǎn)品的疏水性。
[0017] 上述纖維素疏水材料的制備方法，優(yōu)選，包括順序相接的如下步驟：
[0018] (1)將纖維素溶解浸泡在有機(jī)溶劑中；
[0019] (2)向步驟（1)所得的混合物中加入環(huán)氧化植物油脂，冷凝回流下，升溫至20? 70 °C ；
[0020] (3)向步驟（2)所得的混合物中加入催化劑與有機(jī)溶劑的混合溶液，在20?7(TC 下，攬拌反應(yīng)5?50min ;
[002。 （4)去除步驟做所得物料中的有機(jī)溶劑，并用與步驟（1)相同的有機(jī)溶劑洗涂、 干燥，即得纖維素疏水材料。
[0022] 洗涂的目的是去除未反應(yīng)的植物油脂等。
[0023] 申請(qǐng)人:經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在浸泡纖維素原料的有機(jī)溶劑中加入環(huán)氧化的植物油脂，通 過(guò)化學(xué)反應(yīng)環(huán)氧化的植物油脂在纖維素鏈的表面聚合從而包覆在表面纖維素，油脂在纖維 表面聚集成納米粒子，提高了表面的粗趟度，達(dá)到纖維素疏水改性的目標(biāo)；本申請(qǐng)使用的植 物油脂原料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，制備的纖維素疏水材料表面聚集了納米粒子結(jié)構(gòu)、提高了 表面粗趟度、疏水性能優(yōu)異、接觸角大，在水中浸泡4她飽和吸水率為6?17wt%仍保持疏 水性能。
[0024] 本申請(qǐng)反應(yīng)機(jī)理如下：
[00 巧]

【權(quán)利要求】
1. 一種纖維素疏水材料的制備方法，其特征在于：纖維素疏水材料由纖維素和環(huán)氧化 植物油脂反應(yīng)制備而成。
2. 如權(quán)利要求1所述的纖維素疏水材料的制備方法，其特征在于：纖維素疏水材料由 纖維素和環(huán)氧化植物油脂在有機(jī)溶劑中、在催化劑的作用下反應(yīng)制得，其中，有機(jī)溶劑的質(zhì) 量用量為纖維素質(zhì)量的90?150倍，環(huán)氧化植物油脂的質(zhì)量用量為纖維素質(zhì)量的10?100 倍。
3. 如權(quán)利要求2所述的纖維素疏水材料的制備方法，其特征在于：纖維素和環(huán)氧化植 物油脂的反應(yīng)溫度為20?70°C，反應(yīng)時(shí)間為5?50min。
4. 如權(quán)利要求1?3任意一項(xiàng)所述的纖維素疏水材料的制備方法，其特征在于：包括 順序相接的如下步驟： (1) 將纖維素溶解浸泡在有機(jī)溶劑中； (2) 向步驟（1)所得的混合物中加入環(huán)氧化植物油脂，冷凝回流下，升溫至20?70°C; (3) 向步驟（2)所得的混合物中加入催化劑與有機(jī)溶劑的混合溶液，在20?70°C下， 攪拌反應(yīng)5?50min ; (4) 去除步驟⑶所得物料中的有機(jī)溶劑，并用與步驟⑴相同的有機(jī)溶劑洗滌、干燥， 即得纖維素疏水材料。
5. 如權(quán)利要求書4所述的纖維素疏水材料的制備方法，其特征在于：步驟（3)中所述 的催化劑為硫酸、硝酸、磷酸、無(wú)水氯化鋁、無(wú)水氯化鐵或無(wú)水氯化錫中的一種或兩種以上 任意比例的混合物；所述的催化劑的質(zhì)量用量為纖維素原料質(zhì)量用量的0. 1?3%。
6. 如權(quán)利要求書4所述的纖維素疏水材料的制備方法，其特征在于：步驟（3)中催化 劑與有機(jī)溶劑的混合溶液為將質(zhì)量比為1 : (90?110)的催化劑與有機(jī)溶劑混勻，然后再加 入步驟（2)所得的混合物中，其中有機(jī)溶劑與步驟（1)中的有機(jī)溶劑相同。
7. 如權(quán)利要求書1?3任意一項(xiàng)所述的纖維素疏水材料的制備方法，其特征在于：步 驟⑴中所述的有機(jī)溶劑為己烷、環(huán)己烷、環(huán)己酮、丙酮、甲基丁酮、環(huán)己烷、乙酸乙酯、乙酸 丙酯或二氯甲烷中的一種或兩種以上任意比例混合物。
8. 如權(quán)利要求書1?3任意一項(xiàng)所述的纖維素疏水材料的制備方法，其特征在于：步 驟（1)中所述纖維素為微晶纖維素、濾紙纖維素或棉花纖維素中的一種或兩種以上任意比 例混合物。
9. 如權(quán)利要求書1?3任意一項(xiàng)所述的纖維素疏水材料的制備方法，其特征在于：所 述的環(huán)氧化植物油脂的環(huán)氧值為3?6. 2% ;環(huán)氧化植物油脂為經(jīng)環(huán)氧化的菜籽油、花生 油、粟米油、大豆油、棕櫚油、桐油、蓖麻油或梓油中的一種或兩種以上任意比例混合物。
10. 如權(quán)利要求書1?3任意一項(xiàng)所述的纖維素疏水材料的制備方法，其特征在于：纖 維素疏水材料的接觸角為137?155°，纖維素表面纖維形成納米粒子，在水中浸泡48h后 的飽和吸水率為6?17wt%。
【文檔編號(hào)】C08G59/02GK104356356SQ201410712841
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】劉鶴, 黃旭娟, 王愛(ài)婷, 商士斌, 宋杰 申請(qǐng)人:中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所